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PROYECTO FIN DE CARRERA APLICACIÓN DEL PROCESO FENTON Y COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN PARA LA REGENERACIÓN DE AGUAS DEPURADAS Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente Autor/a: Sonia Aliaga Simorte Director/a: Rosa Mosteo Abad Especialidad: Química Industrial Convocatoria: Junio 2010 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 2 ÍNDICE CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN............................................................................... 6 CAPÍTULO 2 REGENERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS DEPURADAS ................................................................................................................. 8 2.1 INTRODUCCIÓN.................................................................................................. 8 2.2 REGENERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DEL AGUA...................................... 9 2.2.1. Objetivos de la reutilización......................................................................... 10 2.2.2. Ventajas e inconvenientes de la reutilización de aguas................................ 11 2.2.3. Calidad requerida y usos del agua regenerada.............................................. 11 2.2.4. Aspectos ambientales de la reutilización de aguas regeneradas................... 15 2.2.5. La reutilización en España............................................................................ 17 CAPÍTULO 3 PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA: FENTON .............. 19 3.1 PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA .................................................... 19 3.1.1. Introducción.................................................................................................. 19 3.1.2. Mecanismos de reacción............................................................................... 21 3.1.3. Características de los POAs.......................................................................... 22 3.1.4. Clasificación de los POAs............................................................................ 24 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 3 3.2 PROCESO FENTON ........................................................................................... 25 3.2.1. Introducción.................................................................................................. 25 3.2.2. Parámetros que influyen en el proceso......................................................... 26 3.2.3. Ventajas e inconvenientes del proceso......................................................... 28 3.2.4. Situación del Proceso Fenton ....................................................................... 29 CAPÍTULO 4 COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN ............................................ 31 4.1 INTRODUCCIÓN................................................................................................ 31 4.2 COAGULACIÓN................................................................................................. 33 4.2.1. Definición..................................................................................................... 33 4.2.2. Teoría de la coagulación............................................................................... 34 4.2.3. Etapas de la coagulación............................................................................... 35 4.2.4. Mecanismos de coagulación predominantes ................................................ 35 4.2.5. Factores que influyen en el proceso de coagulación .................................... 37 4.2.6. Desestabilización de coloides....................................................................... 38 4.2.7. Coagulantes .................................................................................................. 42 4.3 FLOCULACIÓN.................................................................................................. 43 4.3.1. Cinetica de la floculación............................................................................. 43 4.3.2. Parámetros que influyen en la floculación ................................................... 44 4.3.3. Tipos de floculantes...................................................................................... 44 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 4 CAPÍTULO 5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ........................................ 46 5.1 MUESTRA OBJETO DE ESTUDIO................................................................... 46 5.1.1. Preparación del agua residual sintética......................................................... 46 5.1.2. Obtención del agua residual depurada mediante tratamiento lodos activos. 47 5.2 METODOLOGÍA ANALÍTICA.......................................................................... 49 5.2.1. pH ................................................................................................................. 49 5.2.2. Conductividad............................................................................................... 49 5.2.3. Turbidez........................................................................................................ 50 5.2.4. Carbono Orgánico Total (TOC) ................................................................... 50 5.2.5. Sólidos en Suspensión (SS).......................................................................... 52 5.2.6. Determinación del peróxido de hidrógeno ................................................... 53 5.2.7. Determinación del Fe 3+ total......................................................................... 53 5.2.8. Cuantificación de Enterococos..................................................................... 54 5.3 TRATAMIENTOS APLICADOS........................................................................ 55 5.3.1. Realización de los experimentos de Oxidación Avanzada........................... 55 5.3.2. Tratamiento de Coagulación-Floculación .................................................... 58 5.3.3. Tratamiento combinado que se va a aplicar al agua residual depurada: Coagulación-Floculación / Fenton ......................................................................... 60 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 5 CAPÍTULO 6 RESULTADOS.................................................................................. 62 6.1 CARACTERIZACIÓN DE LA MUESTRA OBJETO DE ESTUDIO ............... 62 6.2 PROCESO FENTON ........................................................................................... 63 6.2.1. Estudio de la influencia del Peróxido de Hidrógeno.................................... 63 6.2.2. Procesos Fenton en oscuridad estricta.......................................................... 68 6.2.3. Procesos Fenton al aire................................................................................. 73 6.2.4. Comparativa de procesos Fenton en la oscuridad y al aire........................... 78 6.3 COAGULACIÓN FLOCULACIÓN.................................................................... 79 6.4 TRATAMIENTO COMBINADO: COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN Y FENTON .................................................................................................................... 85 6.4.1. Proceso Fenton a partir del coagulante FeCl 3 ............................................... 85 6.4.2. Proceso Fenton a partir del coagulante FeCl 3 Al 2 (SO 4 ) 3 .............................. 87 CAPÍTULO 7 CONCLUSIONES............................................................................. 93 CAPÍTULO 8 BIBLIOGRAFÍA............................................................................... 95 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 6 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN En los últimos años se ha producido un gran crecimiento de la población, el auge del sector turístico, la conversión de muchos cultivos de secano a regadío, el incremento de la actividad industrial, así como la escasez de precipitaciones en muchas partes de España. Sólo el 1% del agua del planeta es dulce y por tanto susceptible de ser empleada para el consumo humano. Debido a esto, es importante una minimización del consumo de agua, pero si esto no es suficiente, hay que pensar en otros tratamientos, como pueden ser la desalación del agua del mar o la regeneración de aguas depuradas, en la cual se centra este proyecto fin de carrera. La regeneración y posterior reutilización del agua depurada es un campo que está todavía en desarrollo debido a que es un tema complejo, ya que en muchos casos causa rechazo debido a que se pone en duda la calidad del agua regenerada. Las aguas que más se están regenerando en la actualidad son las urbanas, aunque cada vez se regeneran más vertidos industriales. La regeneración del agua residual se lleva a cabo mediante tratamientos terciarios que aseguran los parámetros de calidad requeridos por los usos a recibir. España ocupa el decimosegundo lugar en regeneración de aguas a nivel mundial. Las aguas regeneradas se emplean en el riego de jardines, campos de golf, agricultura, baldeo de calles… Para ello se aprobó el 7 de Diciembre de 2007 el Real Decreto 1620/2007, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de aguas depuradas. Este Real Decreto introduce la denominación de aguas regeneradas y recoge los criterios de calidad necesarios para los usos que se vayan a dar a estas aguas. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 7 En la actualidad, el tratamiento de regeneración de aguas residuales más habitual es la coagulación-floculación, en el cual se eliminan los sólidos en suspensión, seguido de una desinfección con cloro o radiación UV. En los últimos años se está investigando la utilización de los Procesos de Oxidación Avanzada en el tratamiento de las aguas. El proceso Fenton es un POA en el que se utilizan como reactivos hierro y peróxido de hidrógeno, y que es capaz de tratar la mayor parte de los contaminantes del agua. En el presente proyecto se ha utilizado un Proceso de Oxidación Avanzada, el Fenton, y un tratamiento físico-químico, la Coagulación Floculación y posterior Decantación para el tratamiento del agua residual depurada. Los objetivos principales de este estudio son los siguientes: 1. Determinar la influencia de una serie de parámetros, como el pH, la concentración de peróxido de hidrógeno y la ausencia estricta de luz en el proceso Fenton. 2. Determinar el coagulante más adecuado para el proceso de Coagulación – Floculación. 3. Investigar la posible utilización del hierro que queda disuelto en la muestra acuosa tras el tratamiento de Coagulación-Floculación, usando para ello coagulantes basados en hierro, en el proceso Fenton. Este trabajo se enmarca en el proyecto de investigación “Regeneración de las aguas mediante procesos de Oxidación Avanzada” cofinanciado por el Ministerio de Ciencias e Innovación y convenio con DGA-CAIXA (CMT 2008 - 01876 / TECNO). Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 8 CAPÍTULO 2 REGENERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DE AGUAS DEPURADAS 2.1 INTRODUCCIÓN En numerosos lugares de nuestro planeta se está limitando notablemente la disponibilidad de nuevos recursos de agua. La gestión de la oferta se ha basado en aumentar los recursos disponibles para cubrir las necesidades actuales y futuras. Por el contrario, la gestión de la demanda se ha limitado a acciones puntuales u optimizaciones como la del agua de riego. Cuando no se consigue un equilibrio entre ambas gestiones es necesario incorporar otros recursos como la regeneración de agua residual. La reutilización del agua proveniente de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) constituye la incorporación de un nuevo recurso al ciclo hidrológico. La recuperación de este recurso se lleva a cabo mediante tratamientos terciarios. España ocupa el decimosegundo lugar en cuanto a reutilización de agua, por delante de EEUU, Japón o Australia [Escobar, 2007]. La reutilización del agua nos permite usar este elemento de forma sostenible y disminuir además la cantidad de contaminantes que contienen los efluentes que cada día son vertidos a los cauces de los ríos, mares… tanto por industrias como por núcleos urbanos. En cuanto al régimen jurídico, está regulado por el RD 1/2001 por el que se aprueba el Texto Refundido de la Ley de Aguas. La calidad exigible a estas aguas ha sido establecida mediante el RD 1620/2007 por el que se establece el régimen jurídico de reutilización de aguas depuradas. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 9 2.2 REGENERACIÓN Y REUTILIZACIÓN DEL AGUA En la regeneración los tratamientos previos se dedican a eliminar casi en su totalidad a los sólidos en suspensión. Los tratamientos de desinfección se centran en eliminar los indicadores patógenos. Los tratamientos más comunes que se aplican en la regeneración de aguas residuales se muestran en la tabla 2.1: Pretratamiento Desinfección Tecnologías de membrana Coagulación - floculación Radiación UV Ultrafiltración Filtros de anillas Ósmosis inversa Ósmosis inversa Microfiltración Dióxido de cloro Electrodiálisis reversible Ultrafiltración Hipoclorito sódico Filtración en carga Cloraminas Lagunas de almacenaje Ácido peracético Lagunas facultativas Ozono Lagunas de maduración Infiltración - percolación Infiltración – percolación Lagunas de maduración Zonas húmedas Tabla 2.1 Tratamientos más comunes en la regeneración de aguas. La regeneración del agua consiste en devolverle, parcial o totalmente, el nivel de calidad que tenía antes de ser utilizada en aprovechamientos urbanos, industriales o de otro tipo. Para implantar un sistema de regeneración de agua, se requieren dos objetivos fundamentales: • Definir los niveles de calidad adecuados para cada uno de los posibles usos que se contemple dar al agua. • Identificar los procesos de tratamiento y los límites de calidad del efluente recomendados para cada uno de los usos previstos. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 16 Efecto de los contaminantes químicos Muchas plantas son sensibles a sales o a compuestos como cloro, boro o sodio. La toxicidad es mayor cuando los cultivos se riegan por aspersión en condiciones ambientales de altas temperaturas y baja humedad. Esto hace que muchos contaminantes se acumulen siendo perjudiciales para nuestra salud. Los metales pesados son bastante preocupantes, por lo que debe controlarse que en un efluente hay presencia de estos metales o de compuestos orgánicos sintéticos, debe regularse su vertido. Degradación química de tierras y acuíferos El riego durante un periodo largo con aguas residuales da lugar a la acumulación gradual de contaminantes orgánicos y a su transporte por el suelo. Por intercambio iónico o precipitación pueden ser retirados. Problemas de salinidad El agua residual tiene un contenido en sal mayor que el agua natural, por tanto si esta agua se utiliza para riego este parámetro debe estar muy controlado. Un elemento en forma de ión que se debe tener en cuenta es el sodio, que suele medirse por un índice que integra la proporción de calcio, sodio y magnesio, conocido como SAR y que indica el riesgo de pérdida de textura del suelo y por tanto su permeabilidad, lo que impide la absorción del agua y el aire que son necesarios para las plantas. Un índice de SAR por encima de 10 puede provocar importantes degradaciones en muchos tipos de suelo. Olores Es necesario un pretratamiento biológico de las aguas residuales antes de ser vertidas en el área de riego para evitar que se generen problemas de olores, sobretodo en verano. Recuperación de nutrientes Mediante el riego, se pueden recuperar significativamente los nutrientes de las aguas residuales, sin embargo si las concentraciones de nitrógeno son altas pueden ser perjudiciales para los cultivos, ya que pueden provocar un excesivo crecimiento vegetal a expensas de la producción del fruto. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 17 Sólidos en suspensión Las aguas regeneradas deben contener la menor cantidad posible de materia en suspensión. En las depuradoras o en las instalaciones de riego es necesario instalar equipos de filtrado posterior. 2.2.5. La reutilización en España En lo que se refiere a la existencia de recursos hídricos en España, las estimaciones establecidas en el Libro Blanco del Agua en España (2000) cifran los recursos totales renovables en 1110.000 hm 3 /año, de los cuales un 74% proceden de escorrentías superficiales y un 26% son subterráneos. Hay una gran irregularidad y diversidad hidrológica en las distintas zonas de este país. Las demandas hídricas recogidas en los Planes Hidrológicos dan un valor global de la demanda anual estimado aproximadamente en 35.300 hm 3 /año. En la tabla 2.3 se muestra la demanda que tiene cada uno de los principales usos: Usos Demanda anual (hm 3 /año) Porcentaje (%) Porcentaje consumido (%) Vertido (hm 3 /año) Urbana 4.667 13.2 20 3.733,6 Industrial 1.647 4.6 30 1.152,9 Regadío 24.094 68.2 80 4.818,8 Refrigeración 4.915 14.0 0 4.915,0 Total 35.323 100.0 58 14.620,3 Tabla 2.3: Demandas hídricas en España. Libro Blanco del Agua, 2000 España tiene muchas perspectivas en reutilización de aguas por varios motivos: • La presencia de mucha cantidad de campos de cultivo en muchas zonas del país. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 18 • Un clima árido y semiárido en las zonas con mayor producción agrícola, con una escasez temporal y estructural del agua. • Existencia de grandes productores de agua residual en núcleos relativamente cercanos a zonas agrícolas. • Zonas industriales con necesidades importantes de agua cerca de núcleos de población. La reutilización se da principalmente en zonas costeras del Mar Mediterráneo y en las islas Baleares y Canarias. La primera vez que se habló de la reutilización del agua fue en el Primer Simposio Internacional sobre el Agua: regeneración y reutilización celebrado en la Costa Brava en 1991 (IAWPRC, 1191). El volumen máximo de reutilización en España está limitado por la cantidad de agua urbana depurada, la situación geográfica, la demanda, la aceptación que tenga este recurso y la viabilidad económica y medioambiental del mismo. En este momento se depuran unos 3.000 hm 3 /año de los cuales se reutiliza aproximadamente un 15 %. En la tabla 2.4 se muestra el consumo de agua reutilizada por zonas: Zona hm 3 /año agua reutilizada Cataluña 30 Valencia 145 Baleares 30 Murcia 110 Andalucía 30 Canarias 45 Otros 40 Total 450 Tabla 2.4: Agua reutilizada en España (Cajigas, 2008) Se estima que en un futuro podría llegarse a reutilizar unos 1.000-1.200 hm 3 /año. La normativa más reciente (RD 1620/2007) ofrece un marco jurídico apropiado para que esto sea posible. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 19 CAPÍTULO 3 PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA: FENTON 3.1 PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA 3.1.1. Introducción Una gran cantidad de estudios sobre el tratamiento de aguas residuales se centran en la oxidación de los contaminantes orgánicos presentes en el agua. Los métodos basados en la oxidación química o fotoquímica de dichos contaminantes son los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs). Los POAs son procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes [Legrini et. al, 1993; Gogate et. al, 2004]. Estos procesos involucran la generación y uso de especies transitorias poderosas, fundamentalmente el radical hidroxilo OH· [Glace et. al, 1987], una especie de gran poder oxidante debido a su potencial redox, sólo superado por el del flúor. El radical hidroxilo puede ser generado por medios fotoquímicos (incluida la luz solar), o por otras formas de energía, y posee alta efectividad para la oxidación de la materia orgánica. Algunos POAs, como la fotocatálisis heterogénea, la radió lisis y otras técnicas avanzadas, recurren a reductores químicos que permiten acelerar transformaciones en contaminantes tóxicos poco susceptibles a la oxidación, como los iones metálicos o los compuestos halogenados. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 20 En la tabla 3.1 se muestran los potenciales de oxidación de las distintas especies químicas [Legrini et. al, 1993]: Especie Potencial Flúor 3,03 Radical hidroxilo 2,80 Oxígeno atómico 2,42 Ozono 2,07 Peróxido de hidrógeno 1,78 Radical perhidroxilo 1,70 Permanganato 1,68 Ácido hipobromoso 1,59 Dióxido de cloro 1,57 Ácido hipocloroso 1,49 Cloro 1,36 Bromo 1,09 Yodo 0,54 Tabla 3.1 Potenciales redox de algunos agentes oxidantes Otra característica fundamental que presentan los radicales hidroxilo es baja selectividad [Ince y Apikyan, 2000], lo que supone una propiedad muy importante para su utilización en el tratamiento de aguas residuales. Esto puede convertirse en un inconveniente porque a veces los radicales hidroxilo reaccionan con especies no contaminantes presentes en las aguas, como bicarbonatos o materia orgánica natural en disolución [Lindsey y Tarr, 2000]. Los POAs se pueden usar solos o combinados entre sí o con métodos convencionales. Además producen la desinfección de las aguas tratadas por inactivación de bacterias y virus. Hay una gran variedad de contaminantes que pueden ser degradados mediante estos procesos, aunque hay algunos refractarios a este tipo de tratamientos como el ácido oxálico o el acético [Bigda, 1995]. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 21 3.1.2. Mecanismos de reacción Los radicales hidroxilo actúan de manera no selectiva sobre los compuestos orgánicos, y pueden hacerlo con tres tipos de ataque inicial: • Abstracción de un átomo de hidrógeno por parte del radical hidroxilo, formando agua. • Adición electrófila del radical a un doble enlace. • Transferencia electrófila. Estos radicales son los responsables de la oxidación de los compuestos orgánicos (RH) por captura de hidrógeno y formación de un radical orgánico (3.1), que puede reaccionar con el oxígeno atmosférico formando peroxirradicales (3.2) que dan lugar a una serie de reacciones de degradación oxidativa, alcanzando en algunos casos la mineralización completa de la materia orgánica. OH· + RH → R· + H 2 O (3.1) R· + O 2 → RO 2 · → CO 2 + productos (3.2) Los radicales hidroxilo pueden actuar frente a los compuestos orgánicos mediante otros mecanismos de reacción, como la adición electrofílica (3.3) o la transferencia de electrones (3.4). OH· + R → HOR· (3.3) OH· + R → R· + + HO - (3.4) También se pueden producir recombinaciones entre radicales hidroxilo para formar peróxido de hidrógeno (3.5), o se pueden formar radicales perhidroxilo en presencia de exceso de peróxido de hidrógeno (3.6). OH· + OH· → H 2 O 2 (3.5) H 2 O 2 + OH· → H 2 O + HO· 2 (3.6) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 22 El ataque de tipo 1 de los mencionados arriba es típico de alcanos y alcoholes mientras que el de tipo 2 se da para olefinas y aromáticos. Dentro de los aromáticos los que presentan grupos activantes reaccionan más rápido que los que presentan grupos desactivantes, y los monosustituídos lo hacen con mayor rapidez que los polisustituidos. La formación de intermedios durante la degradación es un aspecto que depende de muchos factores: el número de radicales hidroxilo y la presencia de otros radicales, la cantidad de agentes secuestradores de radicales, la concentración de contaminante y de iones hierro Fe (II) o Fe (III), etc. 3.1.3. Características de los POAs Los POAs presentan ciertas tecnologías que los definen como tecnologías prometedoras de cara al tratamiento de aguas: • Son métodos muy efectivos en la destrucción de bajas concentraciones de compuestos aromáticos. • Son capaces de conseguir la conversión a CO 2 , H 2 O e iones inorgánicos, mostrando una reactividad del agente oxidante no selectiva que minimiza la acumulación de intermedios de degradación tóxica, procedentes de los contaminantes originales, que sí pueden originarse mediante otros métodos que no consiguen la oxidación hasta sus últimas consecuencias. • Presentan buena eficiencia en la destrucción de contaminantes. • Generalmente se consigue la destrucción completa del contaminante. En cambio, en las tecnologías convencionales, que no emplean especies fuertemente oxidantes, no alcanzan a oxidar completamente la materia orgánica. • Usualmente no generan barros que a su vez requieren de un proceso de tratamiento. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 23 • Son muy útiles para contaminantes refractarios que resisten otros métodos de tratamiento, principalmente biológico. • Sirven para tratar contaminantes a muy baja concentración (ppb). • No se forman subproductos de reacción, o se forman en baja concentración. • Son ideales para disminuir la concentración de compuestos formados por pretratamientos alternativos, como la desinfección. • Generalmente mejoran las propiedades organolépticas del agua tratada. • En muchos casos, consumen mucha menos energía que otros métodos. • Permiten transformar contaminantes refractarios en productos tratables luego por métodos más económicos como tratamiento biológico. • Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales como el cloro. • Su principal inconveniente es su elevado coste por el uso de reactivos caros y/o elevado consumo energético. No se debe utilizar como alternativa a otros tratamientos más económicos como la degradación. Su máximo potencial se explota cuando se consigue integrar con otros tratamientos a fin de conseguir la máxima economía de oxidante. • Su utilización como etapa de pretratamiento para el aumento de la biodegradabilidad de las aguas residuales que contienen compuestos recalcitrantes y tóxicos, puede ser justificada si los productos intermedios resultantes son fácilmente degradados por microorganismos en un tratamiento biológico. La combinación de un POA con un tratamiento biológico resulta muy prometedora desde el punto de vista económico. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 24 3.1.4. Clasificación de los POAs Los POAs se clasifican en procesos fotoquímicos y no fotoquímicos en función de la utilización o no de radiaciones luminosas en el proceso. En la tabla 3.2 se indican algunos de los más utilizados actualmente [Munter, 2001]: Procesos no fotoquímicos Procesos fotoquímicos Oxidación en medio alcalino(O 3 /HO - ) Fotólisis con radiación ultravioleta lejano Ozonización con peróxido de hidrógeno (O 3 /H 2 O 2 ) UV/H 2 O 2 Procesos Fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 ) y relacionados UV/O 3 Oxidación electroquímica Foto-Fenton y relacionadas Radiólisis γ y tratamiento con haces de electrones Fotocatálisis heterogénea Plasma no térmico Descarga electrohidráulica- Ultrasonido Tabla 3.2 Clasificación de los POAs Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 25 3.2 PROCESO FENTON 3.2.1. Introducción Entre los procesos de oxidación avanzada, uno de los más económicos y efectivos es el proceso Fenton, descrito por primera vez en 1894 por H. J. H. Fenton, que consiste en la adición de sales de Fe 2+ en medio ácido para promover la descomposición catalítica del H 2 O 2 en radicales HO · , los cuales son capaces de oxidar la materia orgánica y compuestos inorgánicos, como sulfuros presentes en el agua residual. Agregando el reactivo Fenton en condiciones ácidas y con la temperatura y presión apropiadas, el proceso puede alcanzar una significativa degradación de los contaminantes orgánicos, comprendiendo: • Un cambio estructural de los compuestos orgánicos que posibilitan un eventual tratamiento biológico posterior. • Una oxidación parcial, que provoca una disminución en la toxicidad del efluente. • Una oxidación total de los compuestos orgánicos en sustancias inocuas que posibilitan una descarga segura del efluente sin necesidad de un posterior tratamiento. La reacción clásica del Fe 2+ con peróxido de hidrógeno, conocida como la reacción de Fenton, genera radicales hidroxilo de acuerdo con la ecuación: Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH - + ·HO (4.1) El mecanismo propuesto para el sistema H 2 O 2 – Fe 3+ , conocido como “Fenton like reaction”, incluye los radicales hidroxilo e hidroxiperhidroxilo (HO 2 -) para los siguientes pasos [Lunar, 2000]: Fe 3+ + H 2 O 2 → Fe-OOH 2+ + H + (4.2) Fe-OOH 2+ → HO 2 - + Fe 2+ (4.3) Fe 2+ + H 2 O 2 → Fe 3+ + OH - + ·HO (4.4) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 32 • Interacción estérica Fuerzas de London-Van der Waals Son de carácter atractivo. Su magnitud depende de la naturaleza de las partículas, del medio en que se encuentran, de su forma y de la distancia entre sus superficies. Son causadas por átomos neutros que generan un momento dipolar, que fluctúa rápidamente polarizando uno a otro, lo que hace que se atraigan. Interacción eléctrica Las partículas coloidales son portadoras de carga eléctrica. En el caso de las aguas residuales el valor de esta carga suele ser negativo. Los orígenes de esta carga pueden ser la ionización de grupos como el carboxilo, el hidroxilo…, aunque también influyen el pH y el contenido iónico de la fase acuosa. Una dispersión coloidal, en la que coexisten la fase acuosa y la sólida, no tiene una carga eléctrica neta, por lo que la carga de las partículas debe equilibrarse en la fase acuosa. En la superficie de la partícula hay una capa de iones adsorbidos en los límites del sólido que tienen en el mismo signo que la partícula coloidal; y en la frontera de disolución rígida hay también un grupo de iones de signo contrario a los anteriores, que reciben el nombre de contraiones cuyo número de cargas eléctricas es menor que las del otro tipo. El conjunto de la disolución rígida y la capa difusiva recibe el nombre de doble capa. Fuerzas de hidratación Las partículas de carácter biológico tienen en la superficie componentes de carácter hidrofílico. Cuando dos partículas con superficies hidratadas se acerca se produce una interacción repulsiva extra, distinta a la repulsión eléctrica de la doble capa. Esta repulsión surge por la necesidad de las partículas de deshidratarse para que ocurra un contacto real entre ellas. Como esto implica un trabajo, la energía libre del sistema aumentará. Interacción hidrofóbica El agua está estructurada mediantes puentes de hidrógeno, lo que hace que se formen pequeños clusters transitorios. La presencia de superficies hidrofóbicas puede impedir el Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 33 crecimiento de clusters en una dirección dada, por lo que es necesario aportar una energía extra. Al formarse huecos las partículas hidrofóbicas se atraen produciendo un aumento de energía libre. Interacción estérica Estas interacciones se deben a la adsorción de capas sobre la superficie de las partículas, y pueden provocar una gran estabilidad coloidal. 4.2 COAGULACIÓN 4.2.1. Definición La coagulación puede entenderse como la desestabilización eléctrica de algunas partículas mediante la adición de sustancia químicas que son los coagulantes. Esta operación se efectúa en unidades y tanques de mezcla rápida, en los cuales el agua se somete a agitación muy intensa para formar una solución homogénea de los coagulantes con el agua en el menor tiempo posible [Roldán, 1999]. Este proceso se usa para: • Eliminación de turbiedad orgánica o inorgánica que no se puede sedimentar rápidamente. • Eliminación de color verdadero y aparente. • Eliminación de bacterias, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación. • Destrucción de algas y plancton en general. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 34 • Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor, en algunos casos de precipitados químicos suspendidos en otros. El uso de cualquier otro proceso para la eliminación de partículas muy finas, como la sedimentación simple, resulta muy poco económico y en ocasiones imposible, debido al alto tiempo requerido [Arboleda, 2000]. Para la evaluación de este proceso es necesario tener en cuenta las características físicas y químicas del agua, la dosis del coagulante, la concentración del coagulante, el punto de aplicación del coagulante, la intensidad y el tiempo de mezcla y el tipo de dispositivo de mezcla. 4.2.2. Teoría de la coagulación Las partículas que forman la turbiedad y el color de las aguas naturales, poseen cargas eléctricas. Estas cargas generan fuerzas de repulsión entre ellas, por lo cual se mantienen suspendidas y separadas en el agua. Es por esto que dichas partículas no se sedimentan. El conjunto formado por estas partículas constituye un sistema coloidal, formado por una doble capa de iones, el cual es sometido a un potencial en la superficie inferior del doble lecho, denominado potencial Z . El problema en la coagulación consiste en disminuir el potencial Z por uno de los siguientes métodos: • Coagulación por neutralización de la carga. • Coagulación por disminución del espesor de la doble capa (distancia d). El fenómeno de la desestabilización se efectúa mediante una serie de reacciones químicas bastante complejas, de las cuales algunas no se han podido entender lo suficiente. Dentro de esas reacciones se encuentran las que se efectúan con las diversas formas de alcalinidad, por lo cual su contenido disminuye. Además, algunas de estas reacciones producen CO 2 , cuyo efecto consiste fundamentalmente en el incremento de la acidez del agua y por consiguiente la disminución del pH [Rodríguez, 1995]. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 35 4.2.3. Etapas de la coagulación La coagulación es un proceso que depende del tiempo, y consta de las siguientes etapas (Stumm, 1982): • Hidrólisis de los iones metálicos multivalentes y su consecuente polimerización hasta llegar a especies hidrolíticas multinucleadas. • Adsorción de las especies hidrolíticas en la interfase de la solución sólida para lograr la desestabilización del coloide. • Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante un puente entre las partículas que involucra el transporte de estas y las interacciones químicas. • Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante el transporte de las mismas y las fuerzas de Van der Waals. • Formación de los flóculos. • Precipitación del hidróxido metálico. Algunos de estos pasos pueden ocurrir simultáneamente, y otros incluso pueden se controlables bajo diferentes condiciones químicas. 4.2.4. Mecanismos de coagulación predominantes La coagulación por medio de sales inorgánicas se produce predominantemente por medio de dos mecanismos: • Adsorción de las especies hidrolíticas por el coloide, provocando la neutralización de la carga. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 36 • Coagulación de barrido en la que se producen las interacciones entre el coloide y el hidróxido precipitado. Coagulación por adsorción Cuando se agrega sulfato de aluminio o sales de hierro al agua en condiciones especiales de dosis de coagulante y pH, se forman una serie de especies solubles hidrolizadas. Estas especies hidrolizadas se unen o forman complejos superficiales con los grupos silanol y el coloide, y lo desestabilizan, permitiendo la formación de flóculos. Lo que ocurre es que se neutraliza la carga. Cuando la cantidad de coloides presentes en el agua es grande, la distancia entre ellos es pequeña, lo que hace que la fuerza de atracción sea mayor y la energía requerida para su desestabilización, así como el potencial zeta resultante, son menores. Fig 4.1 Coagulación por adsorción Coagulación por barrido Se produce cuando la dosis de alúmina es lo suficientemente alta como para que se forme un precipitado de hidróxido de aluminio que barra de la suspensión a las partículas coloidales. Este tipo de coagulación se da cuando el agua es clara y el porcentaje de las partículas coloidales pequeño. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 37 La distancia entre las partículas coloidales es mayor, por tanto las fuerzas de atracción son menores y se requiere más cantidad de coagulante y energía para desestabilizarlas, lo que hace que aumenten el potencial zeta y el tiempo de reacción. Fig 4.2 Coagulación por barrido 4.2.5. Factores que influyen en el proceso de coagulación En el proceso de coagulación de las aguas residuales influyen varios factores, entre los que cabe citar: • Tipo de coagulante: No todos los coagulantes provocan el mismo efecto ni llevan a cabo la desestabilización por el mismo mecanismo. El pH óptimo y la solubilidad dependen del tipo de coagulante, por lo que es necesario realizar una comparación experimental. • Contenido de materia en suspensión: Este factor está estrechamente relacionado con la cantidad óptima de coagulante necesaria, la cual se determina mediante ensayos. Esta cantidad también puede variar con el tiempo de mezcla y con la temperatura del agua. El tamaño de partícula también influye en la cantidad de coagulante necesaria, ya que las partículas suspendidas son más difíciles de coagular que las partículas grandes. También son más difíciles de coagular las Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 38 suspensiones que contienen muchos tamaños de partícula que las que sólo tienen uno. • pH: Este factor es uno de los más importantes. Cada coagulante tiene una zona de pH en la que se produce una buena floculación en plazo corto y con una dosis dada de coagulante. La coagulación debe efectuarse dentro de esta zona siempre que sea posible. • Temperatura: La temperatura cambia el tiempo de formación del floc, entre más fría el agua, la reacción es más lenta y el tiempo de formación del floc es mayor. • Relación cantidad-tiempo: La cantidad de coagulante es inversamente proporcional al tiempo de formación del floc. • Alcalinidad: La alcalinidad guarda la relación con el pH y por lo tanto el contenido de alcalinidad del agua es uno de los factores por considerar en la coagulación. • Capacidad de cambio: Es una medida de la tendencia a remplazar cationes de baja valencia por otros de mayor valencia provocando la desestabilización y aglomeración de partículas en forma muy rápida. 4.2.6. Desestabilización de coloides Existen cuatro caminos diferentes de desestabilización: • Compresión de la capa difusiva • Adsorción para producir la neutralización de la carga • Inmersión dentro de un precipitado • Adsorción que permita un enlace tipo puente entre partículas Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 39 Compresión de la doble capa Las interacciones de algunos coagulantes con una partícula coloidal son sólo electroestáticas. Los iones de carga similar a la carga del coloide son repelidos y los contraiones atraídos. Estos coagulantes se llaman electrolitos indiferentes. La eficacia del proceso aumenta con la carga. La coagulación se produce por compresión de la capa difusiva que rodea a las partículas coloidales. Concentraciones elevadas de electrolito en la disolución dan elevadas concentraciones de contraiones en la capa difusiva, lo que hace que se reduzca el espesor de la capa difusiva. Fig. 4.3 Fuerzas de atracción y repulsión Adsorción y neutralización de la carga La capacidad de una especie coagulante para desestabilizar una dispersión coloidal es una mezcla de interacciones coagulante-coloide, coagulante-disolvente y coloide-disolvente. Según el tipo y la magnitud de estas interacciones variará la capacidad de un coagulante para ocasionar una dispersión coloidal. La partícula coloidal adsorbe contraiones en su superficie, llegando a neutralizar su carga y desestabilizándose. Al aumentar la dosis de coagulante, el coloide adsorbe un exceso de contaiones , por lo que la carga que tendrá ahora el coloide será la opuesta de la que tenía al principio. Esto es ineficaz, ya que no se consigue la desestabilización. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 40 Inmersión en un precipitado Se producen cuando se agrega una concentración de coagulante tan alta que excede el límite de solubilidad de ese compuesto en el agua. En ese momento se precipitan los hidróxidos que se forman por reacción con la alcalinidad y el agua con sus coagulantes, induciendo la formación de una masa esponjosa (floc de barrido) que atrapa en su caída a los coloides y partículas suspendidas, las cuales se ven obligadas a decantar incorporadas dentro del precipitado que desciende. Esto no es una verdadera coagulación, pero es la que se produce más frecuentemente debido a que en la práctica las dosis que se utilizan están por encima del límite de solubilidad de los hidróxidos de aluminio o hierro en agua a pH y temperaturas normales. Fig. 4.4 Atrapamiento de partículas en un Floc Adsorción y enlace de puente interparticula En algunos coagulantes se crean enlaces entre las partículas coloidales cuando adsorben radicales o extremos de la estructura del coagulante, agregando o uniendo de esta forma las partículas coloidales. Bajo ciertas condiciones un sistema que ha sido desestabilizado y agregado puede ser reestabilizado por agitación extendida, debido a la rotura de los enlaces y posterior repliegue de los segmentos prolongados sobre la superficie de las partículas. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 41 La tabla 4.1 muestra las características de cada uno de los mecanismos de desestabilización. En el caso de aguas residuales se produce fundamentalmente por adsorción de especies coagulantes o por inmersión dentro de un precipitado de carbonato o hidróxido. Parámetro / Mecanismo Doble Capa Adsorción y Neutralización Formación de Puentes Precipitación Interacciones electrostáticas Predominantes Importante Subordinadas Subordinadas Interacciones Químicas y Adsorción Ausentes Importantes Predominantes Pueden ocurrir Potencial Zeta para una desestabilización óptima Próximo a cero No necesariamente cero Usualmente no cero No necesariamente cero Adición de un exceso de coagulante No tiene efecto perjudicial Reestabilización acompañada de inversión de carga Reestabilización debido al recubrimiento superficial completo No tiene efecto perjudicial Fracción de recubrimiento Superficial (Ѳ) Despreciable 0 < Ѳ < 1 0 < Ѳ < 1 No importante Relación dosis óptima de coagulante y concentración de partículas Dosis óptima independiente de concentración coloidal Posible estequiometria pero no siempre ocurre Estequiometria entre dosis y concentración coloidal Dosis óptima independiente de la concentración coloidal Propiedades físicas de los flóculos formados Densos, gran resistencia pero pobre filtrabilidad Flóculos de resistencia y densidad variable Flóculos de estructura tridimensional, baja resistencia pero excelente filtrabilidad Flóculos de resistencia y densidad variable Tabla 4.1 Características de los mecanismos de desestabilización Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 48 En la figura 5.1 se puede ver la planta de lodos activos que se utiliza para realizar el tratamiento. Figura 5.1 Planta de lodos activos La finalidad de la aireación es suministrar al cultivo el oxígeno necesario para el desarrollo de los procesos bioquímicos aerobios. En la oxidación biológica con fangos activos se establece un tiempo de contacto suficiente entre el agua residual y los microorganismos, de manera que estos degraden la materia orgánica; y la mezcla se envía a un clarificador donde se separa por sedimentación la biomasa, constituida por los fangos activos del agua. Una determinada fracción de esta biomasa separada es recirculada al reactor para mantener la concentración de microorganismos, que permita continuar con el proceso de depuración, mientras que el exceso se extrae del sistema. El agua sintética entra a un primer tanque, en el cual ocurre la aireación forzada mediante una bomba. El aire se introduce para proporcionar oxígeno a los microorganismos, para que puedan efectuar sus reacciones biológicas y para reacciones de oxidación; los microorganismos construyen flóculos de lodo que aglomeran los sólidos suspendidos que no fueron bloqueados anteriormente. Con este tratamiento se obtiene una reducción apreciable del Carbono Orgánico Total (TOC), nitrógeno, fósforo y todos los componentes orgánicos. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 49 El agua depurada obtenida se congela en garrafas para realizar posteriormente los procesos que se van a desarrollar en el presente proyecto. 5.2 METODOLOGÍA ANALÍTICA En este apartado se detallan las técnicas analíticas y los instrumentos que se emplean para realizar los experimentos. 5.2.1. pH El pH es la medida del grado de acidez o alcalinidad de una disolución acuosa y se define como el logaritmo negativo de la concentración de los iones H + . Para determinar el pH de las muestras acuosas se utiliza un pH-metro de la marca CRISON , modelo GLP 21. Previamente a la medida del pH, el pH-metro se calibra utilizando disoluciones tampón de 7,00 y 4,01. 5.2.2. Conductividad Es la expresión numérica de la capacidad de un agua para transportar la corriente eléctrica. Indica la concentración total de iones en el agua. Varía con la temperatura. La conductividad es la inversa de la resistencia. La determinación se realiza utilizando un conductivímetro CRISON modelo Basic 30 . Para conocer la conductividad de una muestra se introduce la célula en ella, se agita y se espera unos segundos antes de tomar el valor. Los resultados se expresan en mS/cm o µS9cm según el rango de trabajo. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 50 5.2.3. Turbidez Se entiende por turbidez a la propiedad óptica de una muestra de dispersar y absorber la luz en lugar de transmitirla en línea recta. En otros términos, se define como la reducción de la transparencia de un líquido originada por la presencia de materias sin disolver. La turbidez en el agua puede ser causada por la presencia de partículas suspendidas y disueltas de gases, líquidos y sólidos tanto orgánicos como inorgánicos, con un ámbito de tamaños desde el coloidal hasta partículas microscópicas, dependiendo del grado de turbulencia. Para medir la turbidez se utiliza un turbidímetro de la marca HANNA instrument modelo LP 2000 . Los turbidímetros constan de una fuente de luz para iluminar la muestra y detectores fotoeléctricos que miden la intensidad de la luz dispersada a 90º respecto a la fuente. El procedimiento consiste en medir la intensidad de la radiación dispersada por la muestra a una determinada longitud de onda y compararla con la de la disolución patrón. Los resultados se expresan en unidades nefelométricas de turbidez: UNT. 5.2.4. Carbono Orgánico Total (TOC) Con objeto de cuantificar la materia orgánica presente en el agua se mide el Carbono Orgánico Total (COT). Para ello se utiliza un equipo SHIMADZU modelo TOC-V CSH . Fundamento del equipo En el agua están presentes dos tipos de carbono: carbono orgánico y carbono inorgánico. El carbono orgánico (COT) corresponde a los compuestos orgánicos presentes en el agua, mientras que el carbono inorgánico (CI), se encuentra disuelto en el agua como CO 2 o bien corresponde a compuestos inorgánicos tales como los carbonatos y bicarbonatos. Conjuntamente, ambos tipos de carbonos constituyen el carbono total, CT, y por tanto, satisfacen la relación: COT=TC-IC. El equipo se basa en esta relación para medir el COT. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 51 Material y métodos • Equipo SHIMADZU modelo TOC-V CSH • Viales de 20 ml • Jeringuilla de plástico • Filtros de celulosa para jeringuillas 0,45 µm • Ácido fosfórico • Ácido clorhídrico • Agua mili-Q Procedimiento y cálculo Se pasa el agua a analizar por un filtro de 0,45 µm para no obstruir la aguja con la que se inyecta la muestra al equipo. Las muestras se acidifican a pH 2 con H 2 SO 4 para así poder trabajar con una recta en el equipo en la que no existan interferencias de los carbonatos, que reaccionan con el peróxido de hidrógeno que queda en la muestra dando lugar a valores de COT erróneos. Una vez filtrada la muestra se introduce en los viales y se programa el equipo con las rectas de calibrado que mejor se ajusten, según los valores esperados de COT. Al analizar la muestra, una primera alícuota (de volumen conocido) es utilizada para determinar el CT. La muestra se inyecta automáticamente en un tubo de combustión, relleno con catalizador, y a 680 ºC es completamente oxidada, de forma que todo el carbono se transforma en dióxido de carbono gaseoso, CO 2 . Con una corriente de aire sintético, el resultado de la combustión es arrastrado hasta un analizador de gases NDIR (“nondispersive infrared”), donde se detecta el CO2. El área de los picos que se obtiene como señal de la medida es directamente proporcional a la concentración de CT. A continuación el equipo utiliza una segunda alícuota de muestra (volumen conocido) para determinar el CI. Esta alícuota es acidificada automáticamente hasta un pH menor que 2 con acido clorhídrico, consiguiéndose así que sólo el carbono inorgánico se transforme en CO 2 . El CO 2 así formado junto con el que pudiese existir originalmente disuelto en la muestra, es Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 52 volatilizado mediante burbujeo con aire sintético y arrastrado hasta el analizador NDIR, de modo que el área del pico obtenido por señal en esta segunda medida, es directamente proporcional al CI presente en la muestra. El propio equipo, por diferencia entre ambas señales (CT-CI), proporciona el valor del TOC, en mg C/l. Este procedimiento posee la ventaja, no solo de su rapidez, sino también de que determina todos los compuestos carbonados presentes en el agua. Sin embargo, hay que tener en consideración la posible presencia de partículas carbonadas en suspensión. Estas partículas podrían penetrar y taponar la aguja con la que inyectan las muestras. Por ello, previamente al análisis, todas las muestras se pasan a través de un filtro de 0.45 μm. Debido a ello, en realidad el parámetro que se determina es el COD (Carbono orgánico disuelto), aunque a lo largo de este proyecto se ha seguido utilizando el término TOC. Una vez filtradas las muestras, se introducen en los viales y se programa el equipo con las rectas de calibrado que mejor se ajusten según los valores esperados de TOC. 5.2.5. Sólidos en Suspensión (SS) Los sólidos en suspensión son partículas sólidas pequeñas, inmersas en un fluido que actúa sobre la partícula con fuerzas en direcciones aleatorias, que contrarrestan la fuerza de la gravedad, impidiendo así que el sólido se deposite en el fondo. Los sólidos en suspensión totales son los sólidos separados por filtración o centrifugación y posteriormente secados bajo las condiciones específicas. En este caso lo que interesa es la eliminación de estos sólidos mediante filtración, para eliminar de la muestra de agua la mayor cantidad posible de sólidos en suspensión. Para llevar a cabo una filtración es necesario utilizar un tamiz que deje pasar las partículas del líquido y retenga las del sólido, con lo cual, al hacer pasar la mezcla líquido-sólido por el referido tamiz, quedan separadas las dos fases. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 53 5.2.6. Determinación del peróxido de hidrógeno Conocer el consumo de peróxido a lo largo del proceso de oxidación es fundamental para la evaluación de la eficiencia de dicha oxidación química. La determinación se lleva a cabo utilizando las tiras merck. Estas tiras se introducen en la disolución durante unos segundos y posteriormente se compara su color con los colores patrón que se encuentran en el bote, para así conocer la concentración de peróxido de hidrógeno en la muestra. Hay de distintos rangos, en este caso se utilizan de 0-50 mg/L H 2 O 2 . 5.2.7. Determinación del Fe 3+ total Para la determinación del Fe 3+ se utiliza un fotómetro Multi-parámetro de HANNA, modelo C99 . Material y reactivos • Cubetas de 10 mL • Muestra de agua a analizar • Fotómetro Multi-parámetro de HANNA • Reactivo en polvo HI 93721-0 Procedimiento Se llena la cubeta a tratar y se introduce en el portacubetas del fotómetro Multiparámetro, seleccionando previamente el programa correspondiente. Una vez introducido se pulsa “ZERO”. Unos segundos después en el display aparecerá “0,0”. Se retira la cubeta y se añade el paquete de reactivo HI 93721-0 y se agita hasta su completa disolución. Se reinserta Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 54 la cubeta en el instrumento y se pulsa “TIMER”, en el display aparecerá una cuenta atrás de 3 minutos tras la cual se muestra el resultado. 5.2.8. Cuantificación de Enterococos Enterococos es un termino equivalente para referirse a las especies pertenecientes al genero Enterococcus. Este género fue definido en 1984 debido a la necesidad de separar las especies pertenecientes al género Streotococcus de origen fecal de los que no lo eran. Las bacterias pertenecientes al género Enterococcus son cocos gram positivos, que tienden a unirse en cadenas. Son catalasa negativa, inmóviles, anaerobios facultativos y no forman ni esporas ni capsulas. Entre las características fisiológicas que las distinguen se encuentra la habilidad para crecer en presencia de 6,5% de NaCl; a 10ºC y 45ºC y pH 9,6. En aquellas muestras en las que se suponía una alta concentración de Enterococcus faecalis , por los cultivos previos realizados, el análisis se realizo por cultivo directo sobre la placa. Para llevar a cabo el análisis de Enterococcus faecalis , se utilizo como medio de cultivo selectivo, agar Slanetz&Bartley (Scharlau), este medio selectivo sólido contiene azida de sodio (para inhibir el crecimiento de las bacterias Gram negativas) y cloruro de 2,3,5-trifeniltetrazolio, un compuesto que se reduce a formazan, rojo, por acción de los enterococos intestinales. El cultivo se realizo de forma directa sobre la placa de Petri añadiendo un volumen de muestra adecuado que permitiese una posterior lectura correcta de la placa. La muestra se extendió por toda la superficie de la placa mediante el uso de un asa de Drigalski estéril. Las placas fueron incubadas durante 44 h + 4 h a 35 ºC + 2,0 ºC. Se recontaron aquellas colonias de color rojo, marrón o rosa en el centro de la colonia. Todas aquellas placas que presentasen menos de 30 UFC fueron desechadas. En aquellas muestras en las que la concentración de Enterococcus faecalis era baja, se procedió a utilizar el método de filtración de membrana que describe la norma UNE-EN ISO 7899-2. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 55 Se utilizo como medio de cultivo selectivo agar Slanetz&Bartley (Scharlau), un equipo para filtración en membrana (Millipore) y filtros de membrana estériles de 0,45µm de tamaño nominal de poro (Millipore). Se filtra un volumen de muestra adecuado, y se coloca el filtro de membrana en el medio Slanetz&Bartley. Se incuban las placas a 36ºC durante 44 h. Tras la incubación, se consideran como típicas todas las colonias que muestren un color rojo, marrón o rosado en el centro o en toda la colonia. Este tratamiento lo lleva a cabo otro investigador del grupo de trabajo. 5.3 TRATAMIENTOS APLICADOS 5.3.1. Realización de los experimentos de Oxidación Avanzada Los experimentos se llevan a cabo en oscuridad estricta y al aire, sin ninguna fuente de luz externa. Las muestras son obtenidas en la planta de lodos activos y se conservan en el congelador hasta su utilización. Los experimentos Fenton se realizan reactores de 100 mL con un agitador magnético que contienen 100 ml de muestra de agua residual depurada, a los cuales se añaden en función del proceso, los reactivos (hierro y peróxido de hidrógeno) en cantidades que varían según el experimento. Es necesario un ajuste del pH de la muestra, para lo cual se emplea una disolución de H 2 SO 4 . Los volúmenes de peróxido de hidrógeno y de hierro requeridos para cada experimento, se adicionan al principio de este, tras lo cual se pone en marcha el agitador, para favorecer la reacción. Una vez finalizado el experimento se miden los parámetros de control como el pH y la concentración de peróxido de hidrógeno. Las muestras se filtran con un filtro de 0,45 µm y se Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 56 acidifican a pH 2 para medir el TOC, es necesario acidificar hasta este pH tan ácido para que los carbonatos que contiene el agua residual no enmascaren el resultado del TOC. Los parámetros de control medidos a lo largo del experimento son los siguientes: • pH • Concentración de peróxido de hidrógeno • Carbono Orgánico Total De manera complementaria, se realizan experimentos de control para el peróxido de hidrógeno, los cuales se realizan de manera idéntica al proceso Fenton pero sin la adición de hierro. Los rangos utilizados para cada variable estudiada en los procesos de oxidación avanzada son los siguientes: • Los pH de trabajo seleccionados son 3, 4, 5 y 6. • Las concentraciones de peróxido de hidrógeno utilizadas son 10 y 25 mg/L, seleccionadas como consecuencia de los trabajos realizados anteriormente en el grupo de investigación [Díez, 2009]. • La concentración de hierro se fija en 5 mg/L debido a trabajos previos realizados en el grupo de investigación [Díez, 2009]. • El proceso Fenton se realiza en oscuridad estricta (en la tabla 5.1 “tapado”) y al aire (en la tabla 5.1 “destapado”). Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 57 Los experimentos realizados son un total de 22 y se muestran en la tabla 5.1: Experimento pH H 2 O 2 (mg/L) Fe (mg/L) Estado 1 3 10 0 Tapado 2 3 25 0 Tapado 3 3 10 5 Tapado 4 3 25 5 Tapado 5 3 10 5 Destapado 6 3 25 5 Destapado 7 4 10 0 Tapado 8 4 25 0 Tapado 9 4 10 5 Tapado 10 4 25 5 Tapado 11 4 10 5 Destapado 12 4 25 5 Destapado 13 5 10 0 Tapado 14 5 25 0 Tapado 15 5 10 5 Tapado 16 5 25 5 Tapado 17 5 10 5 Destapado 18 5 25 5 Destapado 19 6 10 6 Tapado 20 6 25 6 Tapado 21 6 10 6 Tapado 22 6 25 6 Tapado Tabla 5.1 Experimentos Fenton aplicados Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 64 En la tabla 6.2 se representan los datos obtenidos para una dosis de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l, y realizando los experimentos en oscuridad estricta: 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 3 3,21 3,19 3,17 3,16 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 3 2 TOC [mg/l] 16,2 18,8 pH 4 4,02 4,00 3,96 3,92 H 2 O 2 [mg/l] 10 4 2 1 TOC [mg/l] 24 25,2 pH 5 4,94 4,98 5,16 5,22 H 2 O 2 [mg/l] 10 4 3 2 TOC [mg/l] 20,5 21,6 pH 6 6,15 6,23 6,29 6,31 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 2 1 TOC [mg/l] 20,3 20,9 Tabla 6.2 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso en oscuridad estricta / H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 ) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 65 En la tabla 6.3 se muestran los valores obtenidos para una concentración de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l y realizando los experimentos en oscuridad estricta: 25 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 3 3,06 3,05 3,03 3,02 H 2 O 2 [mg/l] 25 12 7 5 TOC [mg/l] 16,2 18,55 pH 4 4,12 4,10 4,05 4,03 H 2 O 2 [mg/l] 25 10 5 3 TOC [mg/l] 24 24,9 pH 5 4,84 4,90 5,03 5,18 H 2 O 2 [mg/l] 25 20 15 6 TOC [mg/l] 20,5 21,1 pH 6 6,15 6,18 6,23 6,34 H 2 O 2 [mg/l] 25 10 5 4 TOC [mg/l] 20,3 21,1 Tabla 6.3 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso en oscuridad estricta/H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 ) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 66 En la figura 6.1 se muestra la evolución del peróxido de hidrógeno a lo largo del tiempo de tratamiento para cada uno de los pH de trabajo, cuando la concentración inicial de peróxido de hidrógeno en la muestra es de 10 mg/l: Figura 6.1 Variación de la concentración de H 2 O 2 frente al tiempo (10 mg/l H 2 O 2 ) En la figura 6.2 se muestra la evolución del peróxido de hidrógeno a lo largo del tiempo de tratamiento para cada uno de los pH de trabajo, cuando la concentración inicial de peróxido de hidrógeno en la muestra es de 25 mg/l: Figura 6.2 Variación de la concentración de H 2 O 2 frente al tiempo. (25 mg/l H 2 O 2 ) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 67 En las figuras 6.1 y 6.2, y en las tablas 6.2 y 6.3 se observa que la concentración de peróxido de hidrógeno se reduce a la mitad a los 10 minutos de comenzar el proceso. Este hecho se debe a que los carbonatos son atrapadores del peróxido de hidrógeno, de forma que este se elimina y por tanto su concentración se reduce a la mitad. Además, la muestra de agua utilizada contiene numerosas sustancias procedentes tanto del agua residual tratada como del sistema de depuración, siendo más complejo trabajar con este tipo de aguas que con las muestras preparadas a partir de agua destilada, a la que se le añaden los contaminantes en concentraciones similares a las de la salida de la depuradora. La menor reducción se produce cuando la concentración de peróxido es de 25 mg/l y el pH de la muestra 5, esto indica que cuanto más acidificada está la muestra, antes se produce la reacción del peróxido con otras sustancias presentes en la muestra, como lo sulfatos, carbonatos, etc. La variación del pH es mínima en ambos experimentos, tendiendo a disminuir a pH más ácidos y a aumentar a pH más básicos. Sin embargo, en ninguno de los casos se produce una reducción de la materia orgánica presente en la muestra, con lo que se puede determinar que la adición de peróxido de hidrógeno únicamente, no produce los radicales hidroxilo necesarios para que se produzca un Proceso de Oxidación Avanzada como el Fenton. Estos radicales son los responsables de la degradación de la materia orgánica. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 68 6.2.2. Procesos Fenton en oscuridad estricta Proceso Fenton a pH 3 en oscuridad estricta En la tabla 6.4 se muestran los resultados obtenidos cuando se utiliza una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l, y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 2,99 2,98 2,97 2,97 H 2 O 2 [mg/l] 10 4 2 1 TOC [mg/l] 36,9 33,9 Reducción TOC [%] 0 8,13 Tabla 6.4 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) En la tabla 6.5 se muestran los resultados obtenidos utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 25 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 3,06 3,02 2,99 2,96 H 2 O 2 [mg/l] 25 10 5 3 TOC [mg/l] 36,9 30,5 Reducción TOC [%] 0 17,34 Tabla 6.5 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 69 Proceso Fenton a pH 4 en oscuridad estricta En la tabla 6.6 se muestran los resultados obtenidos a pH 4 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 3,94 3,57 2,46 2,13 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 5 3 TOC [mg/l] 27,5 19,4 Reducción TOC [%] 0 29,45 Tabla 6.6 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) En la tabla 6.7 se muestran los resultados obtenidos a pH 4 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 25 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 3,86 3,66 3,16 2,85 H 2 O 2 [mg/l] 25 15 10 8 TOC [mg/l] 27,5 16,6 Reducción TOC [%] 0 39,64 Tabla 6.7 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 70 Proceso Fenton a pH 5 en oscuridad estricta En la tabla 6.8 se muestran los resultados obtenidos a pH 5 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,93 5,13 6,04 6,77 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 4,5 4,5 TOC [mg/l] 23,7 14 Reducción TOC [%] 0 40,93 Tabla 6.8 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) En la tabla 6.9 se muestran los resultados obtenidos a pH 5 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 25 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,99 5,20 5,96 6,45 H 2 O 2 [mg/l] 25 18 15 15 TOC [mg/l] 23,7 16,3 Reducción TOC [%] 0 31,22 Tabla 6.9 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 71 Proceso Fenton a pH 6 en oscuridad estricta En la tabla 6.10 se muestran los resultados obtenidos a pH 6 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 5,94 6,49 7,05 7,50 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 3 2 TOC [mg/l] 14,9 15,3 Reducción TOC [%] 0 0 Tabla 6.10 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) En la tabla 6.11 se muestran los resultados obtenidos a pH 6 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos bajo unas condiciones de oscuridad estricta: 5 mg/l Fe - 25 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 5,80 6,32 6,78 7,61 H 2 O 2 [mg/l] 25 15 7 5 TOC [mg/l] 14,9 18,6 Reducción TOC [%] 0 0 Tabla 6.11 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton en oscuridad estricta/H 2 O 2 ( 25 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 72 En la figura 6.3 se muestra la reducción de materia orgánica de las muestras a distintos pH y con distintas concentraciones de peróxido de hidrógeno: Figura 6.3. Reducción del TOC a distintos pH. En la figura 6.4 se muestra la variación de la concentración de peróxido de hidrógeno añadida a la muestra, a distintos pH y con dosis iniciales distintas: Figura 6.4. Variación de la concentración de H 2 O 2 frente al tiempo a distintos pH. Como se observa en las figuras 6.3 y 6.4, así como en las tablas 6.4 – 6.11, los rendimientos de eliminación de materia orgánica se encuentran alrededor del 40 %. Las Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 73 condiciones de operación que mejores resultados muestran son: a pH 4 con una concentración de peróxido de 25 mg/l (40 %) y a pH 5 con una concentración de peróxido de 10 mg/l (41 %), por tanto el pH de trabajo óptimo dependerá de la dosis de peróxido de hidrógeno que se añada para hacer el tratamiento. Como a pH 6 no se produce reducción de materia orgánica y la variación de la concentración de peróxido de hidrógeno es pequeña, se considera que el proceso Fenton no puede realizarse al pH más cercano al neutro. Si se observan los datos relativos a la evolución del peróxido de hidrógeno se puede concluir que la reacción Fenton tiene lugar durante los primeros 10 minutos de tratamiento, ya que es en este periodo donde se produce un mayor consumo de peróxido de hidrógeno. 6.2.3. Procesos Fenton al aire Procesos Fenton a pH 3 al aire En la tabla 6.12 se muestran los resultados obtenidos a pH 3 utilizando una concentración de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l y una dosis de hierro de 5 mg/l, realizando los experimentos al aire: 5 mg/l Fe - 10 mg/l H 2 O 2 Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 2,92 2,86 2,73 2,64 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 5 4 TOC [mg/l] 26,7 15,9 Reducción TOC [%] 0 40,45 Tabla 6.12. Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton al aire / H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 – 5 mg/l Fe Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 80 En la tabla 6.18 se muestran los resultados obtenidos para la Coagulación-Floculación y posterior Decantación utilizando como coagulante cloruro férrico y cal: FeCl 3 Parámetros Muestra pH inicial 8,25 pH final 11,13 Fe inicial [mg/l] 13,2 Fe final [mg/l] 5,7 SS inicial [mg/l] 11 SS final [mg/l] 5 Volumen fangos [ml] 22 TOC inicial [mg/l] 12,8 TOC final [mg/l] 8,3 Reducción TOC [%] 35,15 Tabla 6.18 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso de Coagulación-Floculación con FeCl 3 Figura 6.9. Etapa de coagulación del FeCl 3 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 81 Figura 6.10. Etapa de floculación del FeCl 3 Figura 6.11. Etapa de decantación del FeCl 3 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 82 En la tabla 6.19 se muestran los resultados obtenidos para el proceso de coagulaciónfloculación y posterior decantación, usando como coagulante sulfato de aluminio y cloruro férrico, además de cal: FeCl 3 - Al 2 (SO 4 ) 3 Parámetros Muestra pH inicial 8,92 pH final 9,43 Fe inicial [mg/l] 11,30 Fe final [mg/l] 5,60 SS inicial [mg/l] 18 SS final [mg/l] 8 Volumen fangos [ml] 6,25 TOC inicial [mg/l] 22,8 TOC final [mg/l] 20,9 Reducción TOC [%] 8,33 Tabla 6.19. Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso de Coagulación-Floculación con FeCl 3 – Al 2 (SO 4 ) 3 Figura 6.12. Etapa de coagulación del FeCl 3 Al 2 (SO 4 ) 3 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 83 Figura 6.13. Etapa de floculación del FeCl 3 Al 2 (SO 4 ) 3 Figura 6.14. Etapa de decantación del FeCl 3 Al 2 (SO 4 ) 3 Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 84 En las tablas 6.18 y 6.19 se observa que la mayor reducción de materia orgánica se produce con el coagulante que contiene cloruro férrico sólo, un 35 % frente a un 8 % del que también contiene sulfato de aluminio . Esto es debido a que el primero contiene más cantidad de hierro que el otro. En ambos la reducción del hierro y de los sólidos en suspensión se produce por igual. La cantidad de hierro disuelto que queda en la muestra acuosa tras el tratamiento (5,6 y 5,7 mg/l) es similar a la que se utiliza en el proceso Fenton aplicado en este Proyecto Fin de Carrera, la cual se había fijado en 5 mg/l, por tanto cuando se realice el tratamiento combinado no será necesaria la adición de este reactivo. Este resultado resulta prometedor, ya que para que se produzca el proceso Fenton posterior, sólo es necesaria la adición de peróxido de hidrógeno a la muestra, además de que ésta ya se encuentra pretratada. El volumen de fangos que queda tras la decantación es mayor en el caso del cloruro férrico. Con este coagulante se produce una mayor reducción de la materia orgánica y una mayor decantación de los sólidos, y por tanto una mayor reducción de estos en la muestra que posteriormente sufrirá el proceso Fenton, tal como se observa en las tablas 6.18 y 6.19.. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 85 6.4 TRATAMIENTO COMBINADO: COAGULACIÓN FLOCULACIÓN Y FENTON Tras el proceso de Coagulación-Floculación se realiza un Fenton con el hierro disuelto que ha quedado en la muestra después de que esta haya sido decantada para observar si se sigue produciendo reducción de materia orgánica. Este tratamiento se realiza con los dos coagulantes y con ambas concentraciones de peróxido de hidrógeno. 6.4.1. Proceso Fenton a partir del coagulante FeCl 3 En la tabla 6.20 se muestran los resultados obtenidos en el proceso Fenton utilizando una dosis de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l después del tratamiento de coagulación floculación utilizando cloruro férrrico como coagulante, el proceso se realiza acidificando a pH 4: 10 mg/l H 2 O 2 TOC previo a coagulación-floculación: 12,8 mg/l Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,03 3,76 3,34 2,93 SS [mg/l] 5 0 Fe [mg/l] 5,7 3,95 H 2 O 2 [mg/l] 10 5 2 1 TOC [mg/l] 8,3 5,5 Reducción TOC proceso Fenton [%] 0 33,73 Reducción TOC proceso completo [%] 0 57,03 Tabla 6.20 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton destapado/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 ) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 86 En la tabla 6.21 se muestran los resultados obtenidos en el proceso Fenton utilizando una dosis de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l después del tratamiento de coagulación floculación utilizando cloruro férrico como coagulante, el proceso se realiza acidificando a pH 4: 25 mg/l H 2 O 2 TOC previo a coagulación-floculación: 12,8 mg/l Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,03 3,87 2,24 2,64 SS [mg/l] 5 0 Fe [mg/l] 5,7 3,95 H 2 O 2 [mg/l] 25 10 5 1 TOC [mg/l] 8,3 5,9 Reducción TOC proceso Fenton [%] 0 28,91 Reducción TOC proceso completo [%] 0 53,90 Tabla 6.21 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton destapado/H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 ) Como se observa en las tablas 6.20 y 6.21 cuando se realiza un tratamiento de coagulación – floculación utilizando cloruro férrico como coagulante, seguido de un proceso Fenton utilizando unas concentraciones de peróxido de hidrógeno de 10 y 25 mg/l, se obtienen reducciones de TOC de un 57 y 53 % respectivamente en el proceso completo, frente al 35 % de reducción que se obtiene si sólo se realiza el tratamiento de coagulación-floculación. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 87 6.4.2. Proceso Fenton a partir del coagulante FeCl 3 Al 2 (SO 4 ) 3 En la tabla 6.22 se muestran los resultados obtenidos en el proceso Fenton utilizando una dosis de peróxido de hidrógeno de 10 mg/l después del tratamiento de coagulación floculación utilizando sulfato de aluminio y cloruro férrico como coagulante, el proceso se realiza acidificando a pH 4: 10 mg/l H 2 O 2 TOC previo a coagulación-floculación: 22,8 mg/l Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,06 4,08 4,13 4,17 SS [mg/l] 8 3 Fe [mg/l] 5,60 4,9 H 2 O 2 [mg/l] 10 4 2 1 TOC [mg/l] 20,9 14,1 Reducción TOC proceso Fenton [%] 0 32,53 Reducción TOC proceso completo [%] 0 38,16 Tabla 6.22 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton destapado/H 2 O 2 (10 mg/l H 2 O 2 ) Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 88 En la tabla 6.23 se muestran los resultados obtenidos en el proceso Fenton utilizando una dosis de peróxido de hidrógeno de 25 mg/l después del tratamiento de coagulación floculación utilizando sulfato de aluminio y cloruro férrico como coagulante, el proceso se realiza acidificando a pH 4: 25 mg/l H 2 O 2 TOC previo a coagulación-floculación: 22,8 mg/l Tiempo Parámetros 0 min 10 min 20 min 30 min pH 4,06 4,02 3,94 3,88 SS [mg/l] 8 3 Fe [mg/l] 5,60 5,50 H 2 O 2 [mg/l] 25 10 5 1 TOC [mg/l] 20,9 14,2 Reducción TOC proceso Fenton [%] 0 32,06 Reducción TOC proceso completo [%] 0 37,72 Tabla 6.23 Valores de los parámetros a lo largo del tiempo para el proceso Fenton al aire / H 2 O 2 (25 mg/l H 2 O 2 ) Como se observa en las tablas 6.22 y 6.23 cuando se realiza un tratamiento de coagulación – floculación utilizando sulfato de aluminio y cloruro férrico como coagulante, seguido de un proceso Fenton utilizando unas concentraciones de peróxido de hidrógeno de 10 y 25 mg/l, se obtienen reducciones de TOC de un 38 y 37 % respectivamente en el proceso completo, frente al 8 % de reducción que se obtiene si sólo se realiza el tratamiento de coagulación-floculación. En este caso, en el proceso Fenton se produce una reducción superior de materia orgánica ya que después del proceso de Coagulación - Floculación todavía queda suficiente materia orgánica para ser degradada de forma efectiva en el POA, alcanzándose rendimientos de eliminación de materia orgánica (medida como TOC) del 32%. Aplicación del Proceso Fenton y Coagulación - Floculación para la Regeneración de Aguas Depuradas 2010 89 En la figura 6.16 se muestra la reducción de la materia orgánica total que se produce tras realizar el proceso completo con los dos coagulantes: Figura 6.16. Reducción del TOC frente al tiempo con los dos tipos de coagulantes y concentraciones de H 2 O 2 . En la figura 6.17 se muestra la evolución del peróxido de hidrógeno a lo largo del proceso Fenton con ambos tipos de coagulantes: Figura 6.17. Reducción del H 2 O 2 frente al tiempo con los dos tipos de coagulantes y concentraciones de H 2 O 2 . 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