Análisis de la destrucción química de fenoles. Efectos de los parámetros operacionales

Resumen

Actualmente la legislación está llevando a cabo una serie de medidas para la mejora de la calidad ambiental. Un caso importante dentro de los efluentes industriales son los fenoles por sus efectos nocivos en la población. Esto hace imprescindible seleccionar un proceso de depuración que garantice la eliminación de estos compuestos hasta alcanzar los niveles admisibles para su vertido. El tratamiento de oxidación química avanzada para degradar contaminantes orgánicos utilizando el reactivo de Fenton, es una alternativa económica y efectiva con un gran potencial de aplicación. El presente trabajo tiene por objeto estudiar la oxidación química de fenol a escala de laboratorio para comprobar su efectividad y su posible aplicación para degradar contaminantes tipo fenol presentes en efluentes industriales reales. Dadas las características del sistema de análisis empleado se ha analizado además la degradación de los subproductos derivados de la oxidación que contiene el agua residual. Para llevar a cabo este estudio se ha realizado el montaje y puesta en marcha de un sistema de oxidación de aguas operando en un sistema de reacción en tanque agitado acoplado a los correspondientes equipos de análisis. Si bien el diseño esquemático en un proceso Fenton es relativamente sencillo, su concreción práctica depende de un desarrollo experimental a escala de laboratorio que permita cuantificar la sensibilidad paramétrica de la reacción aplicada a contaminantes concretos respecto de los parámetros controlantes de la oxidación. La posibilidad de reducir el consumo de oxidante es un aspecto esencial de este estudio. Por ello se ha planteado un tratamiento con diferentes dosis de oxidante para conseguir un efluente con unas características de biodegradabilidad aceptables, así como un menor coste del tratamiento. Los equipos de análisis utilizados han permitido analizar tanto la degradación de fenol como la identificación y el estudio cinético de especies tóxicas intermedias generadas durante el tratamiento. Los resultados obtenidos han permitido establecer un mecanismo de reacciones en serie para la oxidación de fenol donde se ha planteado un modelo cinético basado en los balances de materia de cada compuesto que ha permitido estimar las constantes cinéticas de reacción de las diferentes especies analizadas que se han expresado en función de las condiciones de operación. Debido a la presencia de compuestos intermedios refractarios se ha analizado la influencia de las variables en el color que presenta el residuo oxidado producido por la presencia de intermedios de naturaleza aromática generados en el transcurso de la oxidación. Las aguas que contienen fenol al ser oxidadas adquieren una fuerte coloración oscura que aunque ha sido descrito en diversas referencias bibliográficas, en la actualidad no ha sido analizado en profundidad las causas que lo justifican. En este trabajo se ha estudiado el efecto de los parámetros de control del tratamiento en la formación de color, estableciendo su relación con la presencia de productos intermedios de reacción. A partir de los resultados obtenidos en el análisis se ha propuesto un modelo matemático que predice tanto la formación como la pérdida de color del agua oxidada en función de las variables de operación del sistema. La dosificación de oxidante es un factor determinante en el control de la reacción para alcanzar el grado de oxidación deseado, ya que interesa eliminar los compuestos tóxicos transformándolos en otros que sean biodegradables. Esto no requiere oxidar todo el fenol a dióxido de carbono, ya que supone un consumo innecesario de oxidante que encarece el coste del tratamiento. Por ello la posibilidad de reducir el consumo de oxidante es un punto esencial de este estudio, para lo que se ha establecido la dosificación de oxidante necesaria para alcanzar un grado de oxidación que garantice la total eliminación de los anillos de benceno presentes en el sistema responsables de la toxicidad que presenta el agua. En base a las diferentes vías de consumo del peróxido de hidrógeno se ha planteado un modelo matemático que permite estimar las constantes cinéticas de consumo de oxidante a través de la formación de radicales por la acción del catalizador y de autodescomposición por la propia reacción con los radicales generados en el sistema. La aplicación real del reactivo Fenton requiere un equipo de control del tratamiento sencillo y que ofrezca una alta fiabilidad. El potencial redox consiste en un parámetro de análisis por medida directa con un electrodo que informa del estado de oxidación del agua. El empleo de este parámetro requiere de condiciones muy cuidadosas para obtener datos reales del proceso, ya que esta fuertemente influenciado por factores como el pH, la concentración de oxígeno disuelto en agua, la temperatura, la concentración de dióxido de carbono, y la concentraciones de especies presentes en disolución. Este estudio ha analizado el estado de oxidación del agua oxidada bajo diferentes condiciones de operación para establecer una relación del potencial redox con la relación entre el grado de mineralización alcanzado en el sistema y el consumo de oxidante, de modo que su medida permita de una forma directa optimizar e identificar la naturaleza de los intermedios de reacción para asegurar la descarga segura del efluente.