La preocupación por el desarrollo para el
tratamiento de aguas residuales industriales ha crecido notablemente en los
últimos años. El fenol se ha constituido como el compuesto modelo para la
evaluación de las propuestas de nuevos procesos de tratamiento. El proceso
Fenton heterogéneo presenta las ventajas del proceso Fenton convencional u
homogéneo, pero provoca una menor contaminación de los efluentes con el hierro
utilizado como catalizador.
La depuración efectiva de las aguas
residuales industriales se ha convertido en una preocupación creciente en las
últimas décadas. La legislación de los países desarrollados, y cada vez más la
de los países en vías de desarrollo, ha evolucionado para recoger esta
preocupación llevando a regulaciones ambientales y estándares cada vez más
restrictivos.
Los efluentes industriales contienen
frecuentemente contaminantes tóxicos y resistentes a los tratamientos
convencionales de aguas residuales, por lo que existe la necesidad de
desarrollas tecnologías eficaces para la eliminación de contaminantes y el
esfuerzo en investigación y desarrollo se ha redoblado. El fenol y los
compuestos fenólicos constituyen materias primas o productos intermedios en
numerosas industrias petroquímicas, químicas y farmacéuticas, y son así mismo
productos de degradación oxidativa de hidrocarburos aromáticos de mayor peso
molecular. Por este motivo el fenol es posiblemente el compuesto modelo más
empleado para el desarrollo de nuevos procesos de depuración de aguas.
La oxidación de contaminantes en agua
mediante oxidación húmeda (wet air oxidation, WAO) y mediante oxidación húmeda
catalítica (catalytic wet air oxidation, CWAO) empleando aire y oxígeno puro es
una de las tecnologías más estudiadas para la eliminación de fenoles. Permite
eficacias de eliminación muy elevadas, aunque requiere del empleo de presiones
y temperaturas altas (20–200 bar, 200–320ºC), lo que encarece el tratamiento.
Una alternativa para reducir la severidad de las condiciones de reacción es la
oxidación húmeda catalítica con peróxido de hidrógeno (catalytic wet peroxide
oxidation, CWPO), la cual encuentra diversas variantes. De entre ellas el
reactivo Fenton es una de las opciones más destacadas. En este proceso el
peróxido de hidrógeno se descompone catalíticamente en presencia de ión ferroso
produciendo radicales hidroxilo, los cuales tiene una gran capacidad de
oxidación.
La aplicación del proceso Fenton al
tratamiento de aguas residuales ha suscitado gran interés debido al bajo coste
de las sales ferrosas, a su baja toxicidad y a que el peróxido de hidrógeno es
sencillo de manejar y el exceso se descompone en productos inocuos. Asimismo,
los requerimientos en equipo son bajos y las condiciones de reacción son
suaves. Sin embargo, el proceso Fenton adolece de algunos inconvenientes tales
como el alto consumo de peróxido de hidrógeno y la necesidad de eliminar el
hierro añadido, lo que añade etapas adicionales al tratamiento e incrementa el
coste.
Parte de los inconvenientes del proceso
Fentón pueden evitarse mediante empleo de un catalizador heterogéneo (proceso
Fenton heterogéneo). La fase activa está constituida por metales de transición,
aunque habitualmente se trata de hierro, soportados sobre carbón activo,
alúmina, sílice, tamices moleculares mesoporosos, zeolitas, arcillas pilareadas
o resinas de intercambio iónico. Los mayores inconvenientes del proceso Fentón
heterogéneo se derivan de la lixiviación de la fase activa cuando el pH del medio
se reduce a valores en torno a 3, el cual es por cierto el valor óptimo de
funcionamiento del proceso Fenton homogéneo. Los catalizadores soportados sobre
carbón activo permiten llevar a cabo el tratamiento con una lixiviación
limitada de la fase activa
La Figura 1 muestra cómo un agua residual
modelo con 100 mg/L de fenol puede ser tratada mediante un proceso Fenton
heterogéneo basado en un catalizador de hierro soportado sobre carbón (Fe/AC)
activa hasta la completa eliminación del contaminante de partida. A pesar de la
desaparición del fenol contenido inicialmente, el agua no queda descontaminada
por completo, puesto que tras el tratamiento persisten ciertos productos de
degradación, fundamentalmente ácidos orgánicos cuya eliminación es compleja. La
Figura 2 muestra la distribución típica de los ácidos orgánicos formados por
tratamiento Fenton heterogéneo del fenol. Los productos formados en la
oxidación son importantes a la hora de evaluar el proceso, ya que algunos de
ellos, como son las quinonas, pueden tener mayor toxicidad incluso que el fenol
de partida, aunque tal como muestra la Figura 3 los compuestos aromáticos
pueden ser eliminados mediante la aplicación de un tiempo adecuado de
tratamiento.
Clemente Swett Cuevas.
