Biosorción de cadmio, cinc y cromo sobre residuos de naranja

Resumen

Los metales pesados se encuentran dentro de los principales contaminantes ambientales debido a su toxicidad y a no ser biodegradables. La adsorción con carbón activado es el método más empleado para la eliminación de metales pesados de aguas residuales, sin embargo tiene limitaciones importantes, ya que se emplea un material muy caro y que consume gran cantidad de energía en su activación y regeneración. Recientemente, la búsqueda de un tratamiento efectivo, simple y económico ha dirigido la investigación hacia la biosorción, utilizando materiales residuales de origen biológico para la eliminación de metales pesados. La presente Tesis Doctoral tiene como finalidad estudiar la capacidad que presentan los residuos de naranja, procedentes de una industria del procesado de cítricos de la Región de Murcia para su utilización como biosorbente de cadmio, cinc y cromo, metales pesados comúnmente presentes en efluentes líquidos procedentes de industrias implantadas en la Región de Murcia. En primer lugar se ha analizado las propiedades del residuo de naranja que pueden estar relacionadas con su aplicación como biosorbente de metales pesados. En este sentido se ha determinado su composición elemental y la presencia de diversos iones metálicos que pueden intervenir en el intercambio iónico con los metales objeto de este estudio. Se han determinando los principales grupos funcionales del material adsorbente mediante las técnicas de espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier y resonancia magnética nuclear. Tras bloquear distintos grupos funcionales presentes en el material adsorbente, se ha comprobado la importancia de las pectinas y de los grupos carboxílicos en la eliminación de los metales objeto del estudio. Se ha estudiado el proceso de biosorción en discontinuo. Para ello, se ha determinado la influencia de diferentes parámetros en el proceso de biosorción de Cd2+, Zn2+ y Cr3+ sobre residuos de naranja, con el fin de seleccionar los valores óptimos de los mismos (pH, concentración de biosorbente, tamaño de partícula, tiempo de contacto biosorbente/sorbato, pretratamiento del biosorbente y presencia de iones mayoritarios). Se ha estudiado el comportamiento cinético y el equilibrio de adsorción tanto en sistemas monoadsorbato de Cd2+, Zn2+ y Cr3+, como en los correspondientes sistemas biadsorbato y triadsorbato. Los datos experimentales obtenidos se han descrito satisfactoriamente mediante modelos cinéticos y modelos de isotermas de adsorción y se ha comprobado que la capacidad máxima de adsorción de los residuos de naranja se encuentra dentro del rango obtenido con otros materiales considerados como biosorbentes prometedores. Se ha evaluado la biosorción en continuo sobre residuos de naranja, determinando la influencia de las principales variables de operación en lecho fijo (caudal, altura de lecho, metal adsorbido y concentración de metal), así como aplicando varios modelos matemáticos para la descripción de las curvas de ruptura. Los resultados obtenidos permiten constatar que los residuos de naranja pueden emplearse satisfactoriamente para la eliminación de metales en operaciones en continuo, mediante el empleo de lechos fijos. Con el fin de analizar en una primera aproximación su posible utilización industrial, se ha estudiado la aplicación de los residuos de naranja en la descontaminación de dos efluentes industriales de empresas ubicadas en la Región de Murcia (Española del Zinc, S.A. y Cromados Luís, S.L.). De la interpretación de los resultados obtenidos se ha podido concluir que el sólido adsorbente es adecuado para tratar efluentes con bajo contenido en metales pesados y valores de pH no muy ácidos. Por último, se han valorado diversas alternativas para la gestión de los sólidos una vez agotados y se ha considerado, como la opción más apropiada, la valorización de los residuos de naranja agotados en una cementera. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que los residuos de naranja pueden ser utilizados como adsorbentes en la eliminación de metales pesados de efluentes contaminados. La tecnología propuesta representa una alternativa sostenible y de bajo coste frente a los tratamientos actuales más costosos y dependientes, en muchas ocasiones, de productos derivados del petróleo