Degradación catalítica de contaminantes orgánicos mediante procesos foto-fenton uv-a/c/solar asistidos con ferrioxalato.

Dentro del amplio espectro de temas relacionados con la salud y la protección del medio ambiente los efluentes acuosos ocupan un lugar principal. Hasta hace relativamente pocos años, el vertido de las aguas contaminadas en la naturaleza ha sido el medio de eliminarlas, hasta que la capacidad de autodepuración del medio ambiente ha dejado de ser suficiente y se han generado importantes desequilibrios ecológicos allí donde se ha excedido la capacidad de asimilación natural de las mismas. Aunque la población juega un papel destacado en la contaminación del medio ambiente debido al crecimiento sostenible que está teniendo lugar, el principal problema lo constituyen las aguas residuales procedentes de actividades industriales que contienen plaguicidas, colorantes, fenoles, fertilizantes, metales pesados y demás productos químicos en disolución y que resultan especialmente problemáticas debido a su propia naturaleza de no biodegradabilidad. Por este motivo, los procesos de tratamiento biológico (los más comúnmente utilizados) no tienen ninguna acción sobre ellos y se hace evidente la necesidad de buscar nuevos tratamientos específicos adicionales más eficientes que permitan reducir su toxicidad y aumentar su biodegradabilidad lo suficiente como para permitir su posterior vertido a un tratamiento biológico convencional (EDAR), o en su caso que puedan ser reutilizadas como agua de proceso o vertidas directamente al medio ambiente. Por ello, el presente trabajo forma parte de una línea de investigación que actualmente se está llevando a cabo en el Departamento de Ingeniería Química de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de la Universidad de Castilla-La Mancha sobre la degradación fotocatalítica solar/UV-A/C artificial de efluentes acuosos contaminados procedentes de diversos sectores industriales. En la presente Tesis Doctoral se han seleccionado diferentes compuestos modelo como son, por un lado, los colorantes textiles Orange II y Blue 4 y por otro lado, los compuestos fenólicos ácido gálico, ácido protocatéquico y ácido p-cumárico. Estos compuestos confieren a las aguas altos niveles de color (en el caso de los colorantes) y carga orgánica (en ambos) y están presentes principalmente en aguas residuales procedentes de industrias textiles y del sector agroalimentario respectivamente. En esta investigación se ha estudiado el proceso foto-Fenton solar/UV-A/C artificial asistido con ferrioxalato como tecnología de oxidación avanzada eficaz para el tratamiento de estos contaminantes con el fin de obtener un elevado grado de mineralización de los mismos. Para llevar a cabo la degradación de estos contaminantes, se han realizado diversos estudios experimentales basados en un proceso foto-Fenton asistido con ferrioxalato bajo la irradiación individual o combinada de luz solar o UV-A/C artificial. Las reacciones se han llevado a cabo en una planta piloto consistente en un colector parabólico compuesto solar (CPC) y un reactor ultravioleta provisto de lámparas UV-A y UV-C. La optimización de los sistemas se ha realizado mediante el desarrollo de diseños factoriales de experimentos incluyendo las siguientes variables: velocidad de flujo de peróxido de hidrógeno, concentración inicial de peróxido de hidrógeno, velocidad de flujo de aire, pH, concentraciones iniciales de hierro y ácido oxálico, tiempo de exposición de las lámparas UV, temperatura media y potencia solar incidente media. La eficacia de la degradación fotocatalítica se determinó en función del análisis del color y de la degradación de los contaminantes para los colorantes textiles y compuestos fenólicos respectivamente, y del contenido de carbono orgánico total (COT) de la disolución para todos ellos. Los resultados experimentales se ajustaron usando redes neuronales lo cual permitió la simulación del proceso para cualquier valor de las variables, dentro del intervalo experimental estudiado. Estos sistemas permiten la utilización de bajas concentraciones de hierro, el uso de ácido oxálico para ajustar el pH y además, en ellos no es necesario inyectar aire al medio de reacción, lo que permite reducir tanto los costes de operación de recuperación de hierro al final del tratamiento como de reactivos y energía eléctrica. En las condiciones óptimas seleccionadas para cada proceso se consigue decolorar y degradar el 100% de la muestra aunque con velocidades de reacción diferentes. Respecto al grado de mineralización alcanzado en presencia de ferrioxalato, todos los sistemas: foto-Fenton solar, foto-Fenton UV-A/C artificial y el sistema combinado foto-Fenton UV-A/C/solar consiguen prácticamente la mineralización total de los contaminantes. El mecanismo de reacción molecular y/o radical y la contribución de diferentes especies oxidantes intermedias responsables del proceso de mineralización han sido también estudiadas conduciendo la reacción en la presencia o ausencia de agentes atrapadores de radicales, tales como terc-butanol, 1,4-benzoquinona (C6H4O2), azida sódica (NaN3) y yoduro potásico (KI). En el caso de los colorantes textiles, la constante de velocidad global fue dividida en tres componentes: oxidación directa por peróxido de hidrógeno, ruptura fotolítica del grupo cromóforo de los complejos colorante-oxalato y oxidación por radicales hidroxilo, OH. Finalmente, se determinó la influencia del catalizador hierro en las reacciones molecular y radical y se determinaron las condiciones óptimas seleccionadas para llevar a cabo el proceso fotocatalítico, alcanzando la decoloración total de ambos compuestos en aproximadamente 10 minutos y una mineralización con una eliminación de COT del 96 y 82% para el Orange II y Blue 4, respectivamente. En una segunda parte de la presente investigación, se comprobó la eficiencia del proceso fotocatalítico en la degradación del ácido protocatéquico. En este caso se consiguió degradar el compuesto en su totalidad en poco más de 5 minutos para los sistemas foto-Fenton solar y foto-Fenton UV-A/C artificial. El grado de mineralización obtenido para este mismo contaminante fue superior al 95% en 210 minutos para ambos sistemas. Para completar la investigación, se llevó a cabo la degradación y mineralización con el sistema solar foto-Fenton asistido con ferrioxalato de una mezcla que contenía los compuestos fenólicos: ácido gálico, protocatéquico y p-cumárico, presentes en aguas residuales industriales procedentes del sector vinícola o de almazaras. En este caso, la degradación total de los contaminantes originales tuvo lugar en aproximadamente 5 minutos y el 94% de la mineralización de las soluciones se alcanzó en 194 minutos. Con este trabajo, se pretende desarrollar una tecnología limpia y respetuosa con el medio ambiente, a escala de planta piloto, para el tratamiento de efluentes acuosos que contienen contaminantes persistentes y buscar una posterior aplicación industrial debido a la aparición de las nuevas exigencias sociales, políticas y legislativas encaminadas hacia la protección del medio ambiente que tienen lugar en la actualidad y están asociadas al desarrollo industrial