Valorización de licor negro y lodos de depuradora mediante tratamientos hidrotérmicos
- Autores: Lucía Pola Fernández
- Directores de la Tesis: Mario Díaz Fernández (dir. tes.), Sergio Collado Alonso (codir. tes.), Adriana Laca Pérez (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Oviedo ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Colin Webb (presid.), Adriana Laca Pérez (secret.), Pablo Marín González (voc.), Raúl Muñoz Torre (voc.), María C. Veiga (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Química, Ambiental y Bioalimentaria por la Universidad de Oviedo
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: RUO
- Resumen
Actualmente, se genera un gran número de corrientes residuales acuosas y lodos con una alta carga orgánica, las cuales se engloban dentro del térmico biomasa residual líquida. Estas, por sus propiedades fisicoquímicas, no pueden ser tratadas por los métodos convencionales, por lo que es necesario investigar nuevas estrategias de gestión, intentando generar de manera simultánea valor añadido mediante la obtención de productos de interés industrial. En este contexto, los tratamientos hidrotérmicos están ganando importancia ya que, mediante la aplicación de altas temperaturas y presiones, se llevan a cabo reacciones en fase acuosa que permiten descomponer la materia orgánica y obtener compuestos intermedios de interés.
En la presente tesis doctoral se abordó el estudio del efecto de las principales variables de operación de los tratamientos hidrotérmicos sobre las propiedades fisicoquímicas de dos importantes biomasas residuales líquidas (licor negro Kraft y lodos secundarios de depuradora) y los productos formados, todo ello con el objetivo de optimizar la formación de compuestos de alto valor añadido y de simplificar su posterior proceso de separación y purificación.
Con respecto al licor negro, se hizo una revisión bibliográfica sobre las posibles vías de tratamiento para obtener productos químicos. Profundizando en los tratamientos hidrotérmicos, se estudió la integración de la oxidación húmeda del licor negro en la industria papelera y el efecto que este tratamiento tendría sobre el perfil de olores y las propiedades fisicoquímicas del licor negro y de la lignina Kraft. También se analizó la evolución de los ácidos orgánicos durante el tratamiento de la fracción lignínica y de la fracción deslignificada. En cuanto a la producción de ácidos orgánicos, aunque tanto en ausencia como en presencia de oxígeno se promovió su formación, la oxidación húmeda permitió obtener una corriente final más pura en estos compuestos, debido a la mineralización que produce la oxidación. La oxidación húmeda también mejoró las propiedades físicas del licor negro y redujo el olor de la lignina, aunque disminuyó el poder calorífico del licor y cambió sustancialmente las propiedades de la lignina. Por tanto, las condiciones de operación óptimas dependerán del objetivo a perseguir y de la fracción a tratar. Finalmente, se investigaron métodos de extracción y oxidación avanzada para valorizar la fase acuosa residual resultante tras extraer el biocrudo del licor negro hidrotérmicamente licuefactado. Estos tratamientos permitieron minimizar la concentración de compuestos fenólicos y alcoholes en esta corriente, reduciendo así su toxicidad y mejorando su biodegradabilidad.
En cuanto a los lodos secundarios de depuradora, la solubilización de los metales pesados y macronutrientes, así como los cambios estructurales de los ácidos húmicos, fueron estudiados durante los tratamientos hidrotérmicos. La fase acuosa final resultó ser rica en macronutrientes (carbono, nitrógeno, potasio y fósforo) y con concentraciones de metales pesados muy inferiores a los umbrales establecidos por la legislación. Los ácidos húmicos presentaron diferencias significativas con respecto a los procedentes de la tierra debido al menor periodo de maduración y a la presencia de componentes de los flóculos, teniendo los solubles un mayor carácter aromático pero un menor componente proteico en su estructura que los ligados. Los tratamientos hidrotérmicos redujeron significativamente la fracción proteica a expensas de una mayor aromaticidad y la solubilización de los compuestos húmicos ligados hacia los solubles implicó un aumento de las fracciones de lípidos y polisacáridos para ambos. Por último, se hizo un seguimiento de las distintas fracciones de los lodos durante el tratamiento para hacer una clasificación completa de los compuestos.
