Oxidación avanzada de lixiviados de rsu. Utilización de residuos industriales como agentes del proceso
- Autores: Rodrigo Mauricio Poblete Chávez
- Directores de la Tesis: Emilia Otal Salaverri (dir. tes.), Luis Francisco Vilches Arenas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Benítez García (presid.), Fátima Arroyo Torralvo (secret.), M. I. Maldonado (voc.), Jose Francisco Vale Parapar (voc.), Inmaculada Ortiz Uribe (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
El aumento de la población humana, el incremento de su poder adquisitivo y la tendencia hacia la concentración de la misma en zonas urbanas ha provocado un crecimiento en la generación de residuos domésticos. Con el fin de proteger mejor el medio ambiente, los residuos domésticos deben tratarse de conformidad a una jerarquía de prioridades en la que en último lugar se encuentra su eliminación en vertederos de residuos no peligrosos. Sin embargo, esta alternativa, además de contribuir con olores desagradables, puede causar problemas medioambientales derivados del biogas y de los lixiviados producidos.
Los lixiviados de vertederos se generan por la degradación de los residuos en contacto con el agua, favoreciendo la descomposición de la fracción orgánica presente y originando unas aguas residuales con compuestos orgánicos disueltos (incluidas sustancias recalcitrantes y xenobióticas), compuestos inorgánicos y metales pesados, entre otros. La presencia de estos constituyentes en los lixiviados es un riesgo potencial para el suelo y la calidad de las aguas receptoras si los lixiviados no son tratados y gestionados adecuadamente.
El tratamiento idóneo de los lixiviados suele ser una combinación de procesos biológicos, químicos y físicos. Entre ellos, los procesos de oxidación avanzada (POAs) son capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes, involucrando la generación y el uso de especies químicas con un alto poder oxidante, principalmente el radical hidroxilo (OH¿). Los POAs más empleados en el tratamiento de aguas complejas han sido los procesos fotocatalíticos: foto-Fenton y fotocatálisis heterogénea, en los que el uso de luz ultravioleta (natural o artificial) y la presencia de catalizadores (homogéneos o heterogéneos) generan la oxidación de la materia orgánica.
En esta tesis doctoral, cuya experimentación se ha llevado a cabo en el Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la Universidad de Sevilla y en la Plataforma Solar de Almería (CIEMAT), se ha evaluado la degradación de la materia orgánica contenida en los lixiviados del vertedero municipal de residuos domésticos de la Mancomunidad de la Vega (Sevilla, España), mediante el uso, como agentes catalíticos de POAs, de residuos del proceso de producción de TiO2 procedentes del primer ataque de la ilmenita con ácido sulfúrico (WTiO2), y que contienen principalmente dióxido de titanio y hierro. Así, en una primera fase se ha estudiado la capacidad del WTiO2 en la degradación de compuestos orgánicos mayoritarios presentes en los lixiviados de vertederos (ácido húmico, p-cresol y fenol), determinándose, además, los factores más importantes del proceso de depuración. Posteriormente, en una segunda etapa, se han estudiado los niveles de depuración alcanzados en el lixiviado del vertedero mediante POAs fotocatalíticos utilizando el WTiO2. En ambas fases se ha pretendido buscar los parámetros operacionales óptimos para el diseño del tratamiento de los lixiviados. Asimismo, los datos obtenidos al emplear el WTiO2 se han comparado con los alcanzados al utilizar catalizadores comerciales de referencia como dióxido de titanio (CTiO2), sulfato ferroso (Fe2+) y cloruro de hierro (Fe3+).
Los resultados más significativos del presente trabajo pueden resumirse en los siguientes puntos: ¿ De los factores estudiados, el catalizador a utilizar y el compuesto a degradar son los parámetros del proceso más importantes en términos de eliminación de COT y de DQO.
¿ En el estudio de la adsorción al reaccionar ácido húmico con catalizadores heterogéneos (WTiO2 o CTiO2), se han obtenido niveles de reducción de COT, al utilizarse 1 ó 2 g¿L-1 de WTiO2, de un 75%, en comparación al alcanzado al emplear CTiO2 en el que se ha obtenido un 45 y un 57% de reducción de COT para 1 y 2 g¿L-1 de concentración del catalizador disponible, respectivamente. El estudio de fotooxidación con estos catalizadores ha mostrado que la degradación de ácido húmico obtenida por irradiación UV artificial, presenta una baja influencia en la eliminación del COT después del proceso de adsorción.
¿ Al evaluarse la degradación de COT de una solución de fenol mediante procesos fotocatalíticos con el WTiO2 como catalizador, se ha observado una reducción total del 99% después de dos horas de reacción. En el proceso foto-Fenton like, al emplearse como catalizador Fe3+, se ha alcanzado una eliminación del 85%. En cambio, al usar Fe2+ (foto-Fenton), se ha obtenido un 91% de reducción total.
¿ La degradación del lixiviado de vertedero con el WTiO2, sometido a diferentes operaciones y procesos de depuración, ha dado como resultado que el ajuste de pH produce un 43% de eliminación de COT, añadiéndose un 9% por adsorción y un 10 y 24% adicionales por los procesos Fenton-like y fotocatalíticos, respectivamente. En global se ha alcanzado un rendimiento total de reducción del COT superior al 85%.
¿ En la depuración del lixiviado de vertedero al emplear WTiO2 y FeSO4 en procesos fotocatalíticos solares, se ha observado que, con ambos agentes catalíticos, se ha producido un aumento del estado de oxidación medio (EOM), indicando este hecho una reducción de la toxicidad y un aumento en la biodegradabilidad del lixiviado. El aumento del EOM fue mayor y más rápido cuando se ha utilizado el WTiO2 como catalizador que cuando se ha usado el producto comercial FeSO4. Asimismo, se ha observado un consumo de peróxido de hidrógeno menor al emplear WTiO2 frente al consumido cuando se utiliza FeSO4.
En definitiva, el residuo WTiO2 presenta un potencial uso como agente catalítico de POAs en aplicaciones de depuración de aguas residuales de alta carga orgánica, habiéndose obtenido, en POAs con iguales condiciones operativas, mejores resultados de reducción de COT con el WTiO2 que con catalizadores comerciales de referencia. Además, se ha observado que los POAs optimizados con la utilización de este subproducto de la fabricación de TiO2, han permitido mejorar la biodegradabilidad de los lixiviados de vertederos de residuos no peligrosos.
