Analiza su efluente final y descubre, con frustración, que está por encima de la norma legal de vertido, pero es tan poco que la sensación de frustración es mayor. Se perdió tiempo y dinero en los análisis y ahora deben repetirse o corremos el riesgo de sanciones o hasta el cierre de mi empresa. ¿Qué hacer para evitar que siga sucediendo?, la respuesta: oxidación avanzada.

Pero primero, ¿Qué es oxidación?

La oxidación es la reacción química que se produce cuando una sustancia entra en contacto con el oxígeno o cualquier otra sustancia oxidante. La herrumbre y el color marrón de una manzana cortada son ejemplos de oxidación.

En tratamiento de agua, la materia orgánica presente en los efluentes, al entrar en contacto con el oxígeno en los depósitos de reacción, y, a través de bacterias tanto aerobias como anaerobias y su metabolismo se oxida, reduciendo su impacto en los ecosistemas.

Dicho proceso de metabolismo u oxidación consume el oxígeno presente en el agua, ya que la disociación de las moléculas requiere del oxígeno presente, y esa demanda se mide en DQO para moléculas inorgánicas y orgánicas y en DBO para las solo orgánicas. Por eso la DQO y DBO son de los parámetros que más relevancia de impacto ambiental tiene porque nos dice cuanto oxígeno va a remover del cuerpo de agua donde se vierte el efluente y sin el cual la vida sería imposible.

¿Qué pasa con la materia orgánica e inorgánica soluble que no es biodegradable o de difícil oxidación por medios biológicos?, la respuesta: oxidación avanzada.

Los Procesos de Oxidación Avanzada son aprovechados para el tratamiento de aguas residuales domésticas e Industriales cuando no son efectivos los tratamientos convencionales o como complemento de estos para tratar a contaminantes orgánicos o inorgánicos más complejos que no han podido ser removidos; como son por ejemplo los contaminantes emergentes recalcitrantes como fármacos, aditivos de la industria textil, cosmética, los plastificantes, etc.

Normalmente se usa cuando las tecnologías convencionales 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 ésta contiene, siendo cada vez más común la presencia de compuestos persistentes en las aguas de consumo (como antibióticos), aguas superficiales o en los efluentes de las depuradoras.  Esta es una prueba irrefutable de la necesidad de procesos más intensivos en la destrucción de sustancias contaminantes. 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. Es cada vez más común el uso de la oxidación avanzada en los tratamientos terciarios y, especialmente, en las plantas depuradoras de ciertas industrias.

 

OXIDACIÓN AVANZADA: ¿En qué consiste?

Los Procesos de Oxidación Avanzada- POA, se basan en procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes, que involucran la generación y uso de especies poderosas transitorias, principalmente el radical hidroxilo (OH•). la generación de radicales se realiza a partir de oxígeno, agua oxigenada y catalizadores soportados, por lo que los subproductos de reacción son únicamente agua y dióxido de carbono.

Las tecnologías de POA tienen la capacidad de oxidar una gran variedad de contaminantes, pudiendo llegar a la mineralización si el proceso se prolonga lo suficiente o quedándose en estados de oxidación intermedios que permitan un acoplamiento con otros métodos de depuración como pueden ser los procesos biológicos. Así, la generación de radicales hidroxilos se puede acelerar por la combinación de algunos agentes oxidantes como ozono, peróxido de hidrogeno, radiación UV, sales de hierro [Fe (II) y Fe (III)] y catalizadores como dióxido de titanio.

 

OXIDACIÓN AVANZADA: Métodos

Entre los principales métodos de oxidación avanzada se encuentran:

• OZONIZACIÓN. Mediante el uso de ozono disuelto en agua para favorecer la oxidación de los contaminantes orgánicos.
• PROCESOS FENTON. El método fenton consiste en la utilización de sales de hierro como catalizador de las reacciones de oxidaciones junto al uso de un agente oxidante, fundamentalmente O3 y H2O2
• OXIDACIÓN ELECTROQUÍMICA. Mediante el uso de corriente eléctrica se favorecen los procesos de oxidación.
• PROCESOS FOTOQUÍMICOS. Basados en la combinación de un oxidante con radiación UV la cual favorece la formación de radicales OH- y componentes con alta capacidad de oxidación.
• FOTOCATÁLISIS. Basado en la formación de radicales oxidantes a partir de radiación UV potenciado por un catalizador, habitualmente Titanio (Ti)

El más utilizado de estos es la ozonización. El Ozono es una variedad alotrópica del oxígeno, muy conocido por su presencia en la estratosfera, donde se forma por la acción de los rayos Ultravioletas del sol, los cuales absorbe en gran medida, evitando de este modo su acción perjudicial sobre los seres vivos. El Ozono posee un poder oxigenante mayor que el del oxígeno normal, y por ello mejora el proceso respiratorio a nivel celular.

Implementación:

• Preozonización: se realiza al comienzo del tratamiento incorporando el ozono al agua bruta, con lo cual, a la vez que se realiza una primea desinfección, se puede eliminar el hierro y manganeso y, también, ayudar al proceso de coagulación, especialmente en aguas con elevada dureza.
• Ozonización intermedia: se puede aplicar antes de la filtración y en este caso, además de oxidar a la materia orgánica natural, favorece su eliminación biológica en los filtros de arena.
• Postozonización: se emplea en la fase final, a la salida de la planta. Procesos de Oxidación Avanzada aplicados en el tratamiento de aguas de la industria

A veces suele utilizarse simultáneamente en dos de las etapas de tratamiento o en las tres mencionadas. Una buena estrategia es la utilización de la ozonización como pretratamiento, ya que los productos de la oxidación parcial con ozono son generalmente más fácilmente biodegradables que sus precursores.

Etapas en los equipos de oxidación avanzada con base en ozono:

1. El oxígeno atraviesa la célula de generación de ozono, y por medio de descargas silenciosas, es transformado en ozono
2. El inyector de ozono colocado a la salida del generador, crea la suficiente succión en el ozonizador como para aspirar la totalidad del gas ozonizado y realizar una mezcla eficiente con el agua a tratar.
3. La mezcla resultante ozono/agua es introducida en el depósito de contacto, el cual, es cuidadosamente diseñado, para garantizar un tiempo de contacto suficiente para obtener una desinfección óptima.
4. El residual de ozono es extraído de la cámara de contacto a través de una válvula de desgasificación, para posteriormente ser eliminado mediante un destructor de ozono, de forma que el aire que se expulsa a la atmósfera es completamente inocuo.
5. El agua ozonizada, existente en el depósito de contacto es enviada a proceso para su consumo.
6. Se incluye un dispositivo de control mediante el cual se regula la cantidad de ozono necesaria en el agua a tratar. Este dispositivo es conectado al generador de ozono para mantener una concentración constante optimizando el proceso de desinfección.
7. El sistema se completa con la instalación de un sistema de detección de ozono en ambiente para medir la existencia de altas concentraciones de ozono en el aire.

OXIDACIÓN AVANZADA: Ventajas y desventajas

Algunas de las ventajas de este tipo de tecnologías frente a los métodos convencionales para el tratamiento de aguas resídales industriales son las siguientes:

• No sólo cambian de fase al contaminante (como ocurre en el arrastre con aire o en el tratamiento con carbón activo), sino que lo transforman químicamente hasta la mineralización completa (destrucción) del contaminante.
• Capacidad potencial para llevar a cabo una profunda mineralización de los contaminantes orgánicos y oxidación de compuestos inorgánicos hasta dióxido de carbono e iones (cloruros, nitratos…).
• Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes, medicamentos y oxidantes residuales como el cloro.
• Pueden no generar (o formar en baja concentración) subproductos, como los lodos que requieran posterior procesamiento, tratamiento y/o eliminación.
• Los reactivos utilizados como oxidantes son generalmente sustancias que se descomponen durante el proceso en productos inocuos.
• Son muy útiles para eliminar contaminantes refractarios que resisten otros métodos de tratamiento, como el biológico, en biodegradables.
• Son ideales para preparar las corrientes a tratamientos convencionales (como el biológico) ya que aumentan la biodegradabilidad del agua residual.
• Sirven para tratar contaminantes a muy baja concentración (por ejemplo, plaguicidas )
• Generalmente mejoran las características organolépticas (olor, sabor, color…) de las aguas tratadas.

Por otro lado, presentan los siguientes inconvenientes:

• Elevado coste, especialmente en lo que respecta al ozono y la radiación ultravioleta.
• Pueden formar subproductos de reacciones indeseables en algunos casos.
• Necesitan, en algunos procesos, de tiempos de reacción elevados.
• Los costos de inversión y operación pueden ser elevados.
• Es necesario mano de obra especializada.

Conclusiones:

• Los procesos de oxidación avanzada tienen como principal aplicación la eliminación de compuestos solubles no biodegradables, por lo tanto sirven para oxidar compuestos no oxidables por métodos convencionales.
• Aparte del radical hidroxilo (HO•) que se forma en los procesos de oxidación avanzada, con un potencial de oxidación de 2,80, se pueden utilizar las potencialidades de agentes oxidantes como los son el ozono, con potencial de oxidación de 2,04, o procesos fotoquímicos.

Con los procesos de oxidación avanzada se pueden tener las siguientes ventajas:

• Puede alcanzarse la mineralización total de los contaminantes orgánicos (aunque no sea el objetivo principal en la mayor parte de los casos).
• Usualmente no generan lodos que requieren tratamiento y/o eliminación (casos de excepción es por ejemplo el proceso de Fenton tradicional).
• Son muy útiles para eliminar contaminantes refractarios que resisten otros métodos de tratamiento, como referido atrás principalmente el biológico.
• Sirven para tratar contaminantes a altas y a muy bajas concentraciones
• Los reactivos normalmente utilizados como oxidantes son sustancias que se descomponen durante el proceso en productos inocuos.
• La utilización de procesos oxidativos avanzados con ozono, peróxido de hidrógeno y radiación ultravioleta para el tratamiento de efluentes industriales que contienen compuestos recalcitrantes representa una oportunidad para aumentar el grado de biodegradabilidad y alcanzar reducciones significativas de color. La utilización de procesos biológicos en serie resultaría beneficioso para completar y/o mejorar la degradación de los compuestos remanescentes, además de permitir cumplir con los estándares de calidad de la legislación ambiental cada vez más exigente