Procesos De Oxidación Avanzada

Procesos de Oxidación Avanzada Se entiende por oxidación avanzada (POA) a la oxidación química del contamínate mediante un proceso en donde se forman radicales OH-, los cuales modifican la estructura química de los compuestos orgánicos convirtiéndolas en compuestos más simples, de menor masa molecular y menos toxicas, pocas palabras las descomponen. Estos procesos son muy utilizados como pre-tratamientos antes de un tratamiento biológico, para contaminantes resistentes a la biodegradación o como proceso de pos-tratamiento para efectuar un pulido de las aguas antes de la descarga de los cuerpos receptores. El método puede tener diferentes variaciones como el uso de catalizadores, luz, ultrasonido o microondas, la cuales buscan incrementar la tasa de oxidación. El proceso Fenton (y foto-Fenton) es uno de los más promisorios debido a su bajo costo y altos rendimientos de mineralización. Proceso Fenton: En las tecnologías de tratamientos de aguas residuales se han desarrollado métodos amigables con el medio ambiente, entre los más resaltantes se encuentra el proceso Fenton el cual se basa en la reacción propuesta por Henry J. H. en 1899, esta reacción fue planteada para la oxidación de ácido tartárico y ahora se conoce como “proceso Fenton”. Este proceso es uno de los más efectivos y económicos cuando se refiere a tratamientos de agua. Hace más de un siglo Fenton ha sido descubrió la posibilidad de la oxidación de numerosas moléculas orgánicas en solución acuosa, mediante el agregado de un catalizador de hierro y peróxido de hidrogeno en medio acido lo cual permite la descomposición catalítica del H2O2 en radicales HO•. Esta reacción puede tener variaciones, como el uso de radiación UV, proceso que es llamado foto-Fenton que en comparación con el Fenton convencional o la fotolisis UV puede tener una mayor eficiencia en la degradación de contaminantes orgánicos.

Variables que intervienen en el proceso

Hay muchos factores que afectan la eficiencia del proceso de Fenton. Estos incluyen el pH, tiempo de reacción, el peróxido de hidrógeno, la dosis de hierro y el tipo de hierro.

El pH En el tratamiento de aguas residuales usando el proceso Fenton, el pH es uno de los parámetros de funcionamiento críticos. Esto es debido al hecho de que la reacción de Fenton sólo puede trabajar bajo condiciones de pH ácido. La degradación oxidativa de contaminantes orgánica mediante los procesos de Fenton presenta mayor eficiencia a un pH cercano a 2,8 debido a que la velocidad de las reacciones tiende a ser máxima. Mientras Fe(OH)+ se forma a valores de pH de 2 a 4 y la actividad del Fe(OH)+ es superior a Fe2+ en la oxidación de Fenton

Peróxido de Hidrogeno Existen tres mecanismos que podrían consumir el peróxido de hidrógeno en el proceso de Fenton: (1) reacción con Fe2+, (2) reacción con Fe3+, y (3) reacciones con sustancias químicas orgánicas y radicales. El consumo de H2O2 es influido por el tipo de materia orgánica a tratar [40]. En general, la eficiencia del proceso reactivo de Fenton aumenta con el aumento de dosis H2O2. Sin embargo, la dosis de H2O2 se muestra óptimo fuera de la eficiencia del proceso reactivo de Fenton el cual comienza a disminuir. Dosis de Hierro La presencia de hierro es esencial en la generación de OH». Estudios ha demostrado que la dosis de hierro aumenta, la eficiencia del proceso reactivo de Fenton y acelera hasta que se alcanza un punto donde más adición de hierro se convierte en una ineficiencia del proceso, similar a II2O2 dosificación como es indicado por Kuo (1992). Esta característica (intervalo de dosis óptimo para catalizador de hierro) es una característica del proceso Fenton.

Tipo de Hierro Para la mayoría de aplicaciones, no importa si sales de Fe2+ o Fe3+ se utilizan para catalizar la reacción, como el ciclo catalítico se ejecuta rápidamente si el peróxido de hidrógeno y el material orgánico están en gran cantidad. Sin embargo, si las dosis baja el reactivo de Fenton se están usando (es decir, menos de 10 a 25 mg/L de peróxido de hidrógeno), algunos estudios sugieren hierro ferroso puede ser preferido.

Temperatura La reacción Fenton es endotérmica. La velocidad de oxidación incrementa con el incremento de la temperatura. A presión atmosférica el rango recomendable de operación es de 25-45 °C, ya que a temperaturas superiores a 45 °C se produce una descomposición del peróxido de hidrógeno en oxígeno, agua y la precipitación del

hierro en forma de hidróxido debido a que su constante de solubilidad disminuye. Operando a presiones de hasta 3 atmósferas se pueden alcanzar temperaturas de 100 °C sin riesgo de que el peróxido de hidrógeno se descomponga.

Concentraciones de aniones inorgánicos Algunos aniones inorgánicos actúan como inhibidores de la acción de los radicales IIO* o forman especies no reactivas con el hierro. Un ejemplo son los sulfates y los fluoruros que reducen la reactividad del Fe (III) mediante mecanismos de coordinación y uniéndose a radicales hidroxilo; los nitratos, percloratos e hidrogeno fosfatos forman complejos insolubles con el Fe (III).

Objetivos: 

Característica las aguas con contaminación orgánica, centrándose en el pH, la turbidez, el DQO y los sólidos contenidos.

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Tratar el efluente con carga orgánica y lograr comparar con los LMP del sector respectivo, los echas categoría 3 del Ds 004-2017 del Minam y los VMA de acuerdo al DS 021-2009del Ministerio de Vivienda.

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Realizar el proceso Fenton para la disminución de la materia orgánica presente en el efluente muestra.

Conclusiones:  Se logró caracterizar las aguas utilizadas en el laboratorio siendo estas los efluentes de una industria textil y la otra provenía del alcantarillado público. Se logró determinar el pH la turbidez el DQO y los sólidos, todo esto ya fue explicado a detalle en el apartado de “Resultados” y “Discusiones de Resultados”.  Lastimosamente no se pudo leer ni comparar el DQO final de la muestra con lo indicado en los LMP y los VMA a falta de materiales y reactivos, sin embargo se logró hacer un buen trabajo y se nota la calidad del agua que se obtuvo a simple vista dejando entrever que esta agua puede ser descargada en un cuerpo receptor.  Aparte de caracterizar el agua logramos purificarla no al 100% pero si a un contenido de impurezas aceptable para un cuerpo receptor, gracias al proceso Fenton (convencional, activado y térmico) que me ayudo a disminuir el contenido de la carga orgánica en mi efluente.

Recomendaciones:

 Se recomienda trabajar a pH no menor a 3, ya que a pH por debajo de ello no favorece la decoloración debido a la inhibición de la acción catalizadora del ion ferroso.  Se recomienda no exceder la concentración de peróxido de hidrogeno; ya que puede producir disminución en la mineralización.  Ajustar las dosis de la guía según el volumen tratado en cada vaso de precipitado.  Evitar llenar el vaso de precipitado con demasiada muestra dado que se añadirá ácido para regular el pH y se agitará con pastilla por lo que puede rebalsarse o salpicar.  Si la temperatura durante el Fenton térmico activado alcanza los 45°C, apagar la plancha de calentamiento para evitar exceder la temperatura establecida.  Usar un cronómetro para controlar con más exactitud los tiempos de reacción.

Observaciones:  No había suficientes viales para poder realizar las mediciones del contenido de oxígeno en el efluente.  Los pH-metro no estaban muy calibrados, es por ello que no se tenía una medición exacta.  No todos los grupos acababa al mismo tiempo y cuando se agitaba algunos necesitaba 300 rpm y otros ya estaban en la parte final donde solo necesita 60 rpm, debido a esto al menos uno no siguió el procedimiento correctamente.  Al momento de agregar el floculante, un cierta parte se quedó impregnada en la paleta de agitación.

1. ¿A qué se llaman procesos de oxidación avanzada (POA)?

Se entiende por oxidación avanzada (POA) a la oxidación química del contamínate mediante un proceso en donde se forman radicales OH-, los cuales modifican la estructura química de los compuestos orgánicos convirtiéndolas en compuestos más simples, de menor masa molecular y menos toxicas, pocas palabras las descomponen 2. Enumero distintos procesos de oxidación avanzada

Fenton: El proceso de oxidación avanzada Fenton hace combinación de peróxido de hidrogeno con un catalizador ferroso para producir radicales OH que se encargan de oxidar los compuesto orgánicos presentes en el agua. Ozonización: Este proceso consiste en usar ozono como agente oxidante, tiene un alto poder desinfectante es aproximadamente 100 veces mejor que el cloro y no deja residuos; ya que se degrada a oxígeno. El proceso de ozonización se puede combinar con la adición de peróxido de hidrogeno, lo que acelera la descomposición del ozono y formación de radicales hidrogeno, ayudando en la degradación de la carga orgánica. Peróxido de Hidrogeno: El peróxido de hidrogeno tiene mayor potencial de oxidante que el cloro, el dióxido de cloro y el permanganato de potasio, siendo superado levemente por el ozono. El objetivo de realizar la oxidación avanzando con peróxido de hidrogeno, es producir radicales de oxigeno libres combinando el peróxido con ozono o UV .El resultado es un proceso robusto que logra la degradación de sustancias difíciles de oxidar por métodos convencionales y que no deja residuos. UV: El sistema UV transfiere energía electromagnética desde un dispositivo al material genético de los organismos asociados a la contaminación del agua, desactivando sus funciones reproductivas. Esta tecnología garantiza la no contaminación del agua por mercurio o partículas de vidrio en caso de un falla mecánica de las lámparas; ya que en estos dispositivos se encuentran por fuera de la cámara de desinfección, por lo q no están en contacto con el agua. Electro-oxidación avanzada: Consiste en la generación de radicales hidroxilo libres mediante la sinergia entre peróxido de hidrogeno, UV, ozono y catalizadores, sumada a la acción de electroquímica de dos electrodos que catalizan las reacciones y oxidan simultáneamente dentro de una celda electrolítica. Esta tecnología es apropiada para oxidar compuestos que no se pueden tratar mediante una planta biológica convencional, bajo circunstancias normales como fenoles, cianuros y materia orgánica disuelta.