Cada año se vierten millones de metros cúbicos de aguas residuales a los cuerpos de agua, las cuales son tratadas de forma inadecuada, siendo estos procedimientos ineficientes para alcanzar lo requerido por la ley o para uso dentro de los procesos industriales. En estos casos, y debido a la escasez del hídrico, se está recurriendo al uso de los procesos de oxidación avanzada como tratamiento alternativo. Estos procesos se basan en procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes, involucrando la generación y uso de especies transitorias de gran poder oxidante, principalmente el radical hidroxilo, el cual puede ser generado por medios fotoquímicos o por otras formas de energía y posee alta efectividad para la oxidación de materia orgánica. Esta revisión tiene como objetivo realizar un análisis de la influencia de los tratamientos en el proceso de descontaminación.
Every year millions of cubic meters of wastewater are discharged into water bodies, which are treated in an inadequate way, these procedures being inefficient to achieve what is required by law or for use within industrial processes. In these cases, and due to the scarcity of water, the use of advanced oxidation processes is being used as an alternative treatment, which are based on physicochemical processes capable of producing profound changes in the chemical structure of pollutants, involving the generation and the use of transitory species with great oxidizing power, mainly the hydroxyl radical, which can be generated by photochemical means or by other forms of energy, and is highly effective in the oxidation of organic matter. This review aims to perform an analysis of the influence of treatments on the decontamination process.
De la cantidad total de agua existente en la Tierra tan solo el 1,0 % es potable. Un mal tratamiento de esta ha causado problemas sanitarios y enfermedades asociadas a comunidades enteras, ya que 80 % de las enfermedades que azotan a los países en vía de desarrollo son ocasionadas por un abastecimiento de agua deficiente (
A pesar de la limitación para obtenerla en una calidad aceptable, el agua es el elemento central de todos los procesos vitales, sociales y económicos que forman parte de un ciclo cerrado. Este ciclo se encuentra en crisis, debido a que el incremento y desarrollo de la sociedad de consumo exige un aumento constante de las actividades industriales y agroindustriales (
Este creciente problema exige un riguroso control de la contaminación y una legislación cada vez más exigente. Como respuesta a ello, y dada la incapacidad de los métodos convencionales para remover efectivamente muchos de los contaminantes existentes, en los últimos años se ha presentado una intensa búsqueda de nuevas y eficientes tecnologías de tratamiento de aguas (
En la práctica, la aplicación de los métodos de tratamiento debe tener en cuenta, fundamentalmente, la naturaleza y las propiedades fisicoquímicas de las aguas o efluentes a tratar (
A continuación se describirán los fundamentos básicos de POA.
Históricamente, la contaminación antropogénica de las aguas se ha tratado con métodos convencionales como los procesos biológicos, floculación-precipitación, cloración o adsorción en carbón activo, por citar algunas tecnologías de uso común. Sin embargo, en ciertas ocasiones este tipo de tecnologías no son eficientes, bien sea por la alta toxicidad del efluente a tratar, porque con las tecnologías disponibles no es posible alcanzar los requerimientos de vertido requeridos o, simplemente, por la diversa cantidad de contaminantes que esta contiene, siendo cada vez más común la presencia de compuestos persistentes en las aguas de consumo, aguas superficiales o en los efluentes de las depuradoras (
En las últimas décadas, las tecnologías de oxidación avanzada se han consolidado como una alternativa eficiente en la destrucción de sustancias tóxicas, incluyendo las orgánicas, inorgánicas, metales o patógenos. En general, en el tratamiento de aguas las tecnologías de oxidación avanzada se utilizan cuando los efluentes contaminados tienen una alta estabilidad química o una baja biodegradabilidad (
Actualmente, los estudios se enfocan en la búsqueda de valores óptimos para los diferentes parámetros que afectan el proceso de oxidación: pH, temperatura, diseño del reactor, naturaleza y concentración del contaminante y agentes oxidantes que puedan mejorar la reacción. Además, se estudia con detalle la cinética de reacción, que generalmente es de primer orden, con respecto a la concentración de radicales hidroxilos (°OH) y a la concentración de las especies a ser oxidadas. Generalmente, las velocidades de reacción están en el rango de 108-1011 L mol L-1 s L-1 y la concentración de radicales °OH está entre 10-12 mg L-1,, variable que juega un papel muy importante en la real aplicación del proceso (
Los radicales °OH se generan
Existen otras tecnologías que pueden incluirse entre POA como el tratamiento con barreras permeables reactivas de Fe metálico (
En la
El ozono es un gas incoloro, de olor fuerte, con alto poder oxidante (Eo=2.08V). Es la forma triatómica del oxígeno y en fase acuosa se descompone rápidamente a oxígeno y especies radicales (
La aplicación de ozono favorece la remoción del color con eficiencias de remoción entre 95 % y 97 %, tratando efluentes de la industria de pulpa y papel (
En la
El proceso de oxidación Fenton se conoce por su alta efectividad en la descontaminación de aguas provenientes de la industria petroquímica, textil, farmacéutica, papelera, entre otras. (
El proceso Fenton fue descrito por primera vez en 1894 por Henry J. Fenton cuando descubrió que el peróxido de hidrógeno (H.O.) podía activarse con iones ferrosos para oxidar ácido tartárico (
A continuación, se muestra la disociación de las sales férricas y H.O. en la ecuación 1 y la 2.
Fe2+ + H.O. à Fe3+ + OH + °OH (ec. 1)
Fe3+ + H.O. à Fe2+ + H. + HO.° (ec. 2)
Además de formarse radicales °OH se generan radicales perhidroxilo (HO.°), los cuales inician una reacción de oxidación en cadena para eliminar la materia oxidable. Sin embargo, los radicales HO.° presentan menor poder de oxidación que los °OH (
Diferentes autores coinciden en que el rendimiento del proceso de oxidación Fenton depende de la concentración del agente oxidante y catalítico, temperatura, pH y tiempo de reacción (
Como se puede observar en la
La electrodiálisis como POA electroquímico combina las membranas y el campo eléctrico, consiste en remover componentes iónicos de soluciones acuosas empleando membranas permeables selectivas en un campo eléctrico constante (Guastalli, et al, 2004). Esta técnica tiene la capacidad de remover iones contaminantes cargados de hasta 0.0001 μm mediante hojas o laminas porosas de resinas de intercambio iónico con una baja permeabilidad relativa para el agua (
En cambio, la electrocoagulación es un proceso que aplica los principios de la coagulación-floculación en un reactor electrolítico. Este es un recipiente dotado de una fuente de corriente y varios electrodos encargados de aportar los iones desestabilizadores de partículas coloidales que reemplazan las funciones de los compuestos químicos que se utilizan en el tratamiento convencional, induciendo la corriente eléctrica en el agua a través de placas metálicas (
Mercado, González y Valencia, en el año
En la
El proceso de electrodiálisis es uno de los más caros debido a las membranas finas que se ocupan en este. Además de ser un proceso que necesita constante supervisión, debido a que las membranas, cuando se encuentran saturadas, pueden inhibir la reacción. Mientras que los procesos de electrocoagulación son recientes, y debido al poco estudio que se le ha dado, se encuentran en desarrollo nuevos materiales de cátodos y ánodos o posibles agentes catalizadores que ayuden a la formación de iones, los cuales den mejor resultado en el proceso de descontaminación.
Los procesos de oxidación avanzada presentan ventajas y desventajas. A continuación, se mencionan las más importantes:
Los procesos de oxidación avanzada son muy útiles para contaminantes refractarios que resisten otros métodos de tratamiento, principalmente el biológico. Además, sirven para tratar contaminantes a muy baja concentración en partes por billón (ppb).
Los POA eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales como el cloro y no forman subproductos de reacción o se forman en baja concentración.
Una importante desventaja de los POA es que sus costos operacionales son relativamente altos, comparados con los de los tratamientos biológicos convencionales. Sin embargo, su utilización como etapa de pretratamiento para el aumento de la biodegradabilidad de las aguas residuales que contienen compuestos recalcitrantes puede ser potencialmente justificada si los productos intermediarios resultantes son fácilmente degradados por microorganismos, aportando una mejor calidad de agua y disminuyendo la contaminación de este hídrico sin importar la fuente puntal de donde provenga.
Como se puede observar en el texto, existe una gran diversidad de tratamientos de oxidación avanzada, los cuales tienen presentes los radicales °OH. Estos radicales son altamente efectivos para la oxidación de materia orgánica, en especial aquella que no es biodegradable. A pesar de que los tratamientos más típicos que los producen son ozono/peróxido de Hidrógeno, el proceso de oxidación Fenton se encarga de formar los mismos radicales con la presencia de hierro como catalizador y peróxido. Además ayuda en el proceso de precipitación, ya que a comparación de los otros 2 tratamientos al poseer durante su proceso una sal de hierro, coagula la materia en diversos procesos de industrias como la alimenticia, papelera, farmacéutica, entre otros.
Caso contrario con los procesos electroquímicos si bien es cierto, estos procesos también generan el radical °OH derivado de una carga eléctrica en el medio y funcionan en la reducción de compuestos orgánicos, también se pueden ocupar para aguas residuales contaminadas con metales pesados. Esto, debido a los cátodos y ánodos que se utilizan en el proceso, tal como muestran Piña-Soberanis et al (2011) en su trabajo “Revisión de variables de diseño y condiciones de operación”.
Los procesos o tecnologías de oxidación avanzada, a pesar de ser técnicas aplicables en países desarrollados, en América Latina existen industrias y empresas importantes a nivel internacional que podrían incluir estos tipos de procesos. Algunos ejemplos son: industrias mineras, de extracción de hidrocarburos, alimenticias, metalúrgica o de transformación de materias, en las cuales existen compuestos químicos difíciles de degradar y pueden causar daño al ambiente. Sin embargo, para procesos típicos como el tratamientos de aguas grises o domésticas no son tan aplicables, ya que los contaminantes son de fácil degradación. Si bien los tiempos de tratamiento serían menores los costos se elevarían, ya que muchos de estos procesos son por separación mecánica o biológica.