ES2612380B1 - Wastewater treatment procedure: FLOX process - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el tratamiento de aguas residuales: proceso flox.#Este procedimiento comprende la adición simultánea y en una misma etapa de una mezcla de al menos dos oxidantes entre: ozono, oxígeno y/o peróxido de hidrógeno, y un coagulante comprendiendo iones de Fe(III) en cantidades adecuadas para producir la coagulación y precipitación de hidróxido férrico a un pH entre 3 y 7, comprende una etapa final de separación de las aguas tratadas de las partículas formadas durante el proceso y, opcionalmente, la adición de un floculante en la etapa de oxi-coagulación o en una etapa subsiguiente, una etapa de neutralización y/o precipitación, y una serie de etapas para el reciclado del hidróxido férrico obtenido como subproducto.Wastewater treatment procedure: flox process. # This procedure includes the simultaneous addition and at the same stage of a mixture of at least two oxidants between: ozone, oxygen and / or hydrogen peroxide, and a coagulant comprising Fe ions (III) in amounts suitable to produce coagulation and precipitation of ferric hydroxide at a pH between 3 and 7, it comprises a final stage of separation of the treated waters from the particles formed during the process and, optionally, the addition of a flocculant in the oxycoagulation stage or in a subsequent stage, a neutralization and / or precipitation stage, and a series of steps for the recycling of ferric hydroxide obtained as a byproduct.
Description
PROCEDIMIENTO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: PROCESO FLOX PROCEDURE FOR THE TREATMENT OF WASTEWATER: FLOX PROCESS
OBJETO DE LA INVENCION OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de aguas residuales, y especialmente aguas residuales tóxicas o biorrefraclarias con contaminantes disueltos en ellas. The present invention relates to a process for the treatment of wastewater, and especially toxic or biorefractory wastewater with contaminants dissolved therein.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION BACKGROUND OF THE INVENTION
En la actualidad son conocidos diferentes procedimientos para el tratamiento de aguas residuales cuya finalidad es eliminar los elementos contaminantes contenidos en las mismas hasta recuperar una calidad que permita la At present, different procedures for the treatment of wastewater are known whose purpose is to eliminate the contaminating elements contained therein until recovering a quality that allows the
15 reutilización de las aguas. Los procedimientos más utilizados para el tratamiento de este tipo de aguas residuales se llevan a cabo mediante métodos físico-químicos, biológicos o de incineración. Los procedimientos que guardan mayor relación con el que es 15 water reuse. The most used procedures for the treatment of this type of wastewater are carried out by physical-chemical, biological or incineration methods. The procedures that are most related to what is
20 objeto de la presente invención son los que incluyen métodos oxidativos de contaminantes, comprendiendo habitualmente la adición a las aguas a tratar de un oxidante, generalmente ozono o peróxido de hidrógeno; e incluyendo el procedimiento, en etapas anteriores o posteriores, la adición de coagulantes tales como sales de aluminio, sales de hierro o cal , para conseguir una reducción de la concentración final , The object of the present invention are those which include oxidative methods of pollutants, usually comprising the addition to the waters to be treated of an oxidant, generally ozone or hydrogen peroxide; and including the process, in earlier or later stages, the addition of coagulants such as aluminum salts, iron salts or lime, to achieve a reduction in the final concentration,
25 y la adición de floculantes con el fin de permitir la sedimentación y la eliminación de los componentes en una etapa final de filtración. Los procedimientos basados en métodos oxidativos utilizan a menudo el ozono como agente oxidante, ya que es capaz de participar en gran número de reacciones con compuestos orgánicos e inorgánicos, proporcionando una 25 and the addition of flocculants in order to allow sedimentation and removal of the components in a final filtration stage. Oxidative methods-based procedures often use ozone as an oxidizing agent, since it is capable of participating in a large number of reactions with organic and inorganic compounds, providing a
30 disminución del color y de la turbidez de las aguas residuales. También actúa como agente desinfectante, dadas sus propiedades biocidas. No obstante, los procesos de ozonización convencionales consumen como mínimo cantidades estequiométricas de ozono, que es un oxidante caro, por lo cual sólo se aplican como tratamiento terciario 30 decrease in color and turbidity of wastewater. It also acts as a disinfectant agent, given its biocidal properties. However, conventional ozonation processes consume at least stoichiometric amounts of ozone, which is an expensive oxidant, so they are only applied as a tertiary treatment.
o en disoluciones diluidas, por ejemplo para la potabilización de agua de boca. Dichas 35 cantidades estequiométricas vienen gobernadas por la Demanda Química de Oxígeno or in dilute solutions, for example for the purification of mouth water. These 35 stoichiometric quantities are governed by the Chemical Oxygen Demand
(000) de cada agua residual. Por otro lado, el ozono no es capaz de mineralizar por si (000) of each wastewater. On the other hand, ozone is not able to mineralize in itself
solo a los contaminantes orgánicos, por lo que se emplea activandolo, por ejemplo, con lámparas ultravioleta (UV) para producir radicales hidroxilo (OH). En esos casos los costes se disparan y el tratamiento se hace de hecho impracticable para aguas muy coloreadas o turbias por su escasa transparencia a la radiación UV. only to organic pollutants, so it is used by activating it, for example, with ultraviolet (UV) lamps to produce hydroxyl (OH) radicals. In those cases the costs soar and the treatment becomes in fact impracticable for very colored or turbid waters due to their low transparency to UV radiation.
Con frecuencia estos procedimientos de tratamiento de aguas residuales incluyen, en una etapa anterior o posterior a la ozonización, procesos de coagulación y f10culación en los que las partículas coloidales y las suspensiones de partículas muy finas, se combinan en aglomerados que pueden separarse vía sedimentación, notación, filtración, centrifugación u otros métodos de separación. Esta separación se consigue mediante la adición de diferentes sustancias químicas (coagulantes y floculantes) que favorecen la desestabilización y la aglomeración de las partículas coloidales individuales. En la coagulación las partículas coloidales y las suspensiones de sólidos muy finos se desestabilizan, para empezar a aglomerarse en microflóculos, si las condiciones son apropiadas; mientras que en la floculación, los microflóculos se aglomeran formando macroflóculos, que pueden ser filtrados o separados por decantación. No obstante la coagulación se muestra poco eficiente cuando se trata de eliminar contaminantes disueltos en las aguas (véase ejemplo 2). Frequently these wastewater treatment procedures include, at a stage before or after ozonation, coagulation and f10culation processes in which colloidal particles and suspensions of very fine particles are combined into agglomerates that can be separated via sedimentation, notation, filtration, centrifugation or other separation methods. This separation is achieved by adding different chemical substances (coagulants and flocculants) that favor destabilization and agglomeration of individual colloidal particles. In coagulation the colloidal particles and suspensions of very fine solids are destabilized, to begin to agglomerate in microflocols, if the conditions are appropriate; while in the flocculation, the microflocles agglomerate forming macrophages, which can be filtered or separated by decantation. However, coagulation is not very efficient when it comes to eliminating contaminants dissolved in water (see example 2).
Como antecedentes a la presente invención cabe destacar la existencia de diferentes documentos en los que se describen tratamientos de aguas contaminadas mediante procesos oxidativos con ozono o peróxido de hidrógeno y, en algunos casos, procesos de coagulación y floculación anteriores o posteriores al de ozonización; siendo destacables los documentos siguientes: As background to the present invention, it is worth mentioning the existence of different documents describing treatments of contaminated water by oxidative processes with ozone or hydrogen peroxide and, in some cases, coagulation and flocculation processes before or after ozonation; The following documents being outstanding:
En la patente US4156648 se describe un método para la eliminación de sólidos suspendidos en aguas residuales, incluyendo un proceso de centrifugación , un proceso de coagulación y floculación, un filtrado para la eliminación de particulas coloidales, un tratamiento de presurización y despresurización e introduciendo finalmente ozono para la oxidación de la materia orgánica. In US4156648 a method for the removal of suspended solids in wastewater is described, including a centrifugation process, a coagulation and flocculation process, a filtrate for the removal of colloidal particles, a pressurization and depressurization treatment and finally introducing ozone for the oxidation of organic matter.
En la patente US5560831se describe un método para la purificación de aguas residuales procedentes del lavado de productos agrícolas, incluyendo inicialmente una serie de etapas de coagulación y posteriormente una ozonización final. In US5560831 a method for the purification of wastewater from the washing of agricultural products is described, initially including a series of coagulation stages and subsequently a final ozonation.
En la patente US5639379 se describe un proceso para la eliminación del color y olor de afluentes acuosos contaminados con tintes textiles, tratandose el efluente con permanganato, seguido de un tratamiento con peróxido de hidrógeno, un tratamiento de coagulación y floculación manteniendo un pH básico, un tratamiento con un polímero soluble en agua y la separación del material precipitado. In US5639379 a process for the removal of the color and odor of aqueous tributaries contaminated with textile dyes is described, the effluent being treated with permanganate, followed by a treatment with hydrogen peroxide, a coagulation and flocculation treatment maintaining a basic pH, a treatment with a water soluble polymer and the separation of the precipitated material.
En la patente US5679257 se describe un tratamiento de agua residual industrial en la que se usa el ozono para la eliminación de los contaminantes, combinándose con la aplicación de ultrasonidos para provocar la coagulación y precipitación de los mismos. En una segunda etapa, la azonización es combinada con luz ultravioleta. Patent US5679257 describes an industrial wastewater treatment in which ozone is used for the elimination of contaminants, combined with the application of ultrasound to cause coagulation and precipitation thereof. In a second stage, azonization is combined with ultraviolet light.
En la patente US5888403 se describe un procedimiento y un sistema para el tratamiento de agua, en la que el agua a tratar es introducida en un primer mezclador de ozono y sometida a fuerzas magnéticas, alimentándose el ozono desde un primer ozonizador para producir la oxidación y coagulación de sustancias contaminantes, siendo éstas eliminadas por un primer filtro. El agua resultante es sometida a un segundo tratamiento de ozonización y a fuerzas magnéticas introduciendo el agua resultante en un recipiente de reacción conteniendo carbón activo, siendo entonces eliminadas las sustancias coaguladas por un segundo filtro. In US5888403 a procedure and a system for water treatment is described, in which the water to be treated is introduced into a first ozone mixer and subjected to magnetic forces, the ozone being fed from a first ozonator to produce oxidation and coagulation of polluting substances, these being eliminated by a first filter. The resulting water is subjected to a second ozonation treatment and magnetic forces by introducing the resulting water into a reaction vessel containing active carbon, the substances coagulated by a second filter being removed.
En la patente US6180014 se describe un dispositivo y un método para el tratamiento de agua con ozono generado por electrólisis de agua. El ozono es producido "in situ" a alta concentración a través de la interacción del oxigeno producido electrolíticamente y luz ultravioleta, siendo utilizado para producir la oxidación de los contaminantes. Los subproductos son eliminados posteriormente mediante decantación, floculación, coagulación o filtración. In US6180014 a device and method for the treatment of water with ozone generated by water electrolysis is described. Ozone is produced "in situ" at high concentration through the interaction of electrolytically produced oxygen and ultraviolet light, being used to produce oxidation of pollutants. The by-products are subsequently removed by decantation, flocculation, coagulation or filtration.
En la patente G82056962 se describe un proceso para la purificación de aguas residuales conteniendo materias colorantes; comprendiendo dicho proceso una fase de oxidación en la que se usa peróxido de hidrógeno como agente oxidante y con unas fases, anteriores o posteriores, de coagulación, floculación y decantación. Patent G82056962 describes a process for purification of wastewater containing coloring materials; said process comprising an oxidation phase in which hydrogen peroxide is used as an oxidizing agent and with coagulation, flocculation and decantation phases, before or after.
En los antecedentes mencionados es frecuente la utilización de procesos oxidativos y de procesos de coagulación y floculación pero siempre en etapas o fases separadas. In the aforementioned background the use of oxidative processes and coagulation and flocculation processes is frequent but always in separate stages or phases.
Por otro lado es de destacar la existencia del conocido proceso Fenton que consiste en la oxidación de moléculas orgánicas mediante la utilización de peróxido de hidrógeno y de una sal de Fe(II), que se añade, en pequeña cantidad, como catalizador. Este proceso se basa en la generación de radicales OH por la descomposición catalítica de peróxido de hidrógeno en medio ácido. Estos radicales oxidan rápidamente a la mayoría de sustancias orgánicas hasta mineralizarlas, transformándolas en CO2• agua y especies inorgánicas. A los procesos de oxidación que se basan en la generación in situ de radicales OH a partir de oxidantes limpios como los arriba mencionados se les denomina genéricamente procesos de oxidación avanzada. On the other hand, it is worth mentioning the existence of the well-known Fenton process, which consists of the oxidation of organic molecules through the use of hydrogen peroxide and a salt of Fe (II), which is added, in small quantities, as a catalyst. This process is based on the generation of OH radicals by the catalytic decomposition of hydrogen peroxide in acidic medium. These radicals rapidly oxidize most organic substances until they are mineralized, transforming them into CO2 • water and inorganic species. Oxidation processes that are based on the in situ generation of OH radicals from clean oxidants such as those mentioned above are generically called advanced oxidation processes.
El mencionado proceso Fenton presenta una serie de inconvenientes para el tratamiento de aguas residuales siendo de destacar: la necesidad de control de un pH ácido (2-3), que requiere luego cantidades importantes de base para su neutralización, y el empleo de cantidades de oxidante en exceso, encareciendo ambos aspectos el proceso global. The aforementioned Fenton process presents a series of drawbacks for the treatment of wastewater, the following being noteworthy: the need to control an acidic pH (2-3), which then requires significant amounts of base for neutralization, and the use of quantities of Oxidant in excess, both aspects making the global process more expensive.
De otra parte, la presencia de ciertas sustancias como cloruros, bicarbonatos y bisulfalos son un problema ya que consumen radicales OH, compitiendo con los contaminantes a oxidar. Además, diversas materias en suspensión, como micelas orgánicas o células, pueden disgregarse o romper su membrana al reaccionar con los oxidantes, aumentando así la carga orgánica disuelta en el agua. On the other hand, the presence of certain substances such as chlorides, bicarbonates and bisulfalos are a problem since they consume OH radicals, competing with the pollutants to oxidize. In addition, various suspended materials, such as organic micelles or cells, can disintegrate or break their membrane by reacting with oxidants, thereby increasing the organic load dissolved in water.
Otros procesos relacionados, como los de oxidación electroquímica, son relativamente lentos, tienen un alto coste energético y necesitan de una alta conductividad de las aguas a tratar, que permanece en las ya tratadas. Other related processes, such as electrochemical oxidation, are relatively slow, have a high energy cost and need a high conductivity of the water to be treated, which remains in the already treated.
La utilización de otros oxidantes químicos, como el permanganato o el cloro, deja subproductos y residuos, como el dióxido de manganeso o los compuestos organoclorados, que pueden ser tóxicos o peligrosos y, a menudo, difíciles de separar de las aguas tratadas. The use of other chemical oxidants, such as permanganate or chlorine, leaves by-products and residues, such as manganese dioxide or organochlorine compounds, which can be toxic or dangerous and often difficult to separate from treated water.
DESCRIPCION DE LA INVENCION DESCRIPTION OF THE INVENTION
De acuerdo con la invención y con el fin de resolver la problemática expuesta, este procedimiento comprende la adición simultánea y en una misma etapa de una mezcla de, al menos, dos oxidantes entre ozono, oxígeno y/o peróxido de hidrógeno, de modo que el ozono y/o el peróxido de hidrógeno se añadan en cantidades subestequiométricas respecto a la DaO de los contaminantes a eliminar, y una sustancia suministradora de iones de hierro Fe(lIl) en cantidades adecuadas para producir la coagulación y precipitación de hidróxido férrico a un pH entre 3 y 7. Denominaremos de oxi-coagulación a esta etapa que integra oxidación y coagulación al mismo tiempo. In accordance with the invention and in order to solve the exposed problem, this process includes the simultaneous addition and at the same stage of a mixture of at least two oxidants between ozone, oxygen and / or hydrogen peroxide, so that ozone and / or hydrogen peroxide are added in sub-stoichiometric quantities with respect to the DaO of the pollutants to be removed, and an iron-containing substance Fe (lIl) in adequate amounts to produce coagulation and precipitation of ferric hydroxide to a pH between 3 and 7. We will call oxycoagulation at this stage that integrates oxidation and coagulation at the same time.
Nuestras investigaciones han revelado que la combinación de un proceso de coagulación-floculación empleando un compuesto de hierro capaz de suministrar iones Fe(lll) al agua contaminada, con una dosificación simultánea y en una misma etapa de dos o más oxidantes limpios, como son los anteriormente citados, proporciona un efecto sinérgico con la obtención de unos resultados superiores a los conseguidos mediante la utilización de ambos procesos por separado (véase ejemplo 2) Our investigations have revealed that the combination of a coagulation-flocculation process using an iron compound capable of supplying Fe (lll) ions to the contaminated water, with simultaneous dosing and at the same stage of two or more clean oxidants, such as cited above, provides a synergistic effect with obtaining results superior to those achieved by using both processes separately (see example 2)
Este efecto cooperativo de la integración de ambos procesos en una sola etapa puede explicarse admitiendo que pequeñas cantidades de oxidantes son capaces de crear productos intermedios de oxidación radicalarios y/o con carga eléctrica, de vida suficiente para ser atrapados (por adsorción u oclusión) en el precipitado de hidróxido férrico que se produce en el breve tiempo de la coagulación, normalmente unos minutos. Es importante que el coagulante comprenda iones Fe(lII) dada la capacidad de estos para catalizar reacciones de oxidación con generación de radicales. Los radicales adsorbidos en la superficie pueden ayudar a la coagulación y f10culación de las partículas por acoplamiento, reduciendo o eliminando las necesidades de floculantes. This cooperative effect of the integration of both processes in a single stage can be explained by admitting that small amounts of oxidants are capable of creating radical oxidation and / or electrically charged intermediate products, of sufficient life to be trapped (by adsorption or occlusion) in the precipitate of ferric hydroxide that occurs in the short time of coagulation, usually a few minutes. It is important that the coagulant comprises Fe ions (II) given their ability to catalyze oxidation reactions with radical generation. Adsorbed radicals on the surface can help coagulation and f10culation of particles by coupling, reducing or eliminating the needs of flocculants.
No obstante este procedimiento puede complementarse con la adición de un floculante, bien en la etapa inicial de oxi-coagulación o bien en una etapa subsiguiente de floculación y sedimentación en un decantador. However, this procedure can be complemented by the addition of a flocculant, either in the initial stage of oxycoagulation or in a subsequent stage of flocculation and sedimentation in a decanter.
La introducción de al menos un oxidante en fase gaseosa puede producir, además, la flotación de las sustancias contaminantes o de sus flóculos, facilitando su separación del agua tratada The introduction of at least one oxidant in the gas phase can also produce the flotation of the polluting substances or their flocs, facilitating their separation from the treated water
En caso de que uno de los oxidantes utilizados sea oxígeno, este puede ser puro o en forma de un gas que lo contenga, por ejemplo aire, lo que abarata sustancialmente el coste del procedimiento en comparación con aquéllos que utilizan gases puros. In case one of the oxidants used is oxygen, this can be pure or in the form of a gas containing it, for example air, which substantially lowers the cost of the process compared to those that use pure gases.
De otra parte, al no emplear cantidades estequiométricas de oxidantes caros (ozono, peróxido de hidrógeno), los costes se reducen respecto a los de otros procesos de oxidación avanzada. On the other hand, by not using stoichiometric amounts of expensive oxidants (ozone, hydrogen peroxide), the costs are reduced compared to other advanced oxidation processes.
Por otro lado, las cantidades de hierro adecuadas para la oxicoagulación no son cataliticas como en los procesos de Fenton, sino netamente superiores, del orden de 1 gramo/litro. De acuerdo con la invención , la cantidad de iones férricos Fe(lll) que se suministran al agua residual es superior a 0,1gramos /Iitro y preferentemente está comprendida entre 0,2 y 2 gramos/litro, aunque la dosis optima depende de cada agua residual y conviene estudiarla caso por caso (véase ejemplo 1). On the other hand, the amounts of iron suitable for oxycoagulation are not catalytic as in Fenton processes, but clearly higher, of the order of 1 gram / liter. According to the invention, the amount of ferric ions Fe (lll) that are supplied to the wastewater is greater than 0.1 grams / Iiter and preferably is between 0.2 and 2 grams / liter, although the optimal dose depends on each wastewater and should be studied on a case-by-case basis (see example 1).
El procedimiento también contempla, si el caso lo requiere, una etapa de neutralización y/o precipitación mediante la adición de un compuesto alcalino, como un hidróxido y/o un carbonato de magnesio, calcio, sodio o potasio. The process also contemplates, if the case requires, a neutralization and / or precipitation step by the addition of an alkaline compound, such as a hydroxide and / or a magnesium, calcium, sodium or potassium carbonate.
El procedimiento culmina con una etapa final de separación del precipitado de hidróxido férrico de las aguas depuradas mediante un sistema convencional, tal como decantación, flotación, centrifugación o filtración. Dicho The process culminates with a final stage of separation of the ferric hydroxide precipitate from the purified waters by a conventional system, such as decantation, flotation, centrifugation or filtration. Saying
subproducto puede ser reciclado al proceso tras un tratamiento térmico para oxidar los contaminantes arrastrados con él y posterior redisolución en ácido. By-product can be recycled to the process after a heat treatment to oxidize contaminants entrained with it and subsequent acid redisolution.
De acuerdo con la invención, la adición de hierro puede realizarse bien sea en forma de compuestos de hierro, por ejemplo sales de Fe (111) tales como sulfatos o cloruros, o bien en forma de hierro metálico o aleaciones que lo contengan. Estos últimos materiales pueden ser disueltos en el agua a tratar por ataque oxidante en medio ácido o por disolución anódic8. La adición de hierro en cualquiera de estas formas permite la obtención unos resultados satisfactorios. According to the invention, the iron can be added either in the form of iron compounds, for example Fe (111) salts such as sulfates or chlorides, or in the form of metallic iron or alloys containing it. The latter materials can be dissolved in the water to be treated by oxidizing attack in acidic medium or by anodic dissolution8. The addition of iron in any of these forms allows obtaining satisfactory results.
El procedimiento de la invención puede realizarse a cualquier temperatura comprendida entre DOC. y ggoC , preferentemente entre 10°C y 50°C. No obstante, su notable eficiencia a temperatura ambiente y a presión atmosférica, permiten reducir notablemente los costes del mismo. The process of the invention can be carried out at any temperature between DOC. and ggoC, preferably between 10 ° C and 50 ° C. However, its remarkable efficiency at room temperature and at atmospheric pressure, allows to significantly reduce its costs.
Este procedimiento presenta una serie de ventajas importantes respecto a los utilizados actualmente, siendo destacables las siguientes: This procedure has a number of important advantages over those currently used, the following being notable:
- • •
- Puede desarrollarse a temperatura ambiente (a diferencia de la incineración) y a presión atmosférica (a diferencia de la oxidación húmeda -wet oxidation, en inglés-o la oxidación supercrítica) por lo que no requiere un aporte energético superior al que se precisa para generar el ozono, en el caso de utilizar este oxidante. It can develop at room temperature (as opposed to incineration) and at atmospheric pressure (as opposed to wet oxidation -wet oxidation, in English- or supercritical oxidation) so it does not require an energy input higher than that required to generate the ozone, in the case of using this oxidant.
- • •
- No necesita un pH tan ácido como el proceso de Fenton, con lo que el consumo de ácidos, y bases para la posterior neutralización, son muy inferiores. It does not need a pH as acidic as the Fenton process, so that the consumption of acids, and bases for subsequent neutralization, are much lower.
- • •
- A diferencia del proceso de Fenton y de otros procesos de oxidación avanzada, un exceso de cloruros, bicarbonatos, bisulfatos u otras sustancias atrapadoras de radicales (scavengers, en inglés) ó la presencia de sólidos en suspensión no constituyen un problema para su desarrollo. Unlike the Fenton process and other advanced oxidation processes, an excess of chlorides, bicarbonates, bisulfates or other radical-trapping substances (scavengers) or the presence of suspended solids is not a problem for their development.
- • •
- Tampoco influyen en el mismo la conductividad de las aguas (a diferencia de los procesos electroquímicos), ni su color o su transparencia (a diferencia de los procesos fotoquímicos, con luz visible o lámparas UV). Nor does the conductivity of the waters (as opposed to electrochemical processes), nor its color or transparency (as opposed to photochemical processes, with visible light or UV lamps) influence it.
- • •
- No necesita de materiales especiales (como ciertos electrodos en los procesos electroquímicos). It does not need special materials (such as certain electrodes in electrochemical processes).
- • •
- Elimina de forma rápida y eficiente carbono orgánico total (COT), demanda química de oxígeno (000), materias en suspensión, color, olor, turbidez, nitrógeno amoniacal y toxicidad. Las aguas tratadas también quedan desinfectadas por su acción germicida. Quickly and efficiently removes total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (000), suspended materials, color, odor, turbidity, ammoniacal nitrogen and toxicity. The treated waters are also disinfected by their germicidal action.
- • •
- El único coste de inversión destacable es el ozonizador, en caso de que se utilice el ozono como oxidante. The only notable investment cost is the ozonator, in case ozone is used as an oxidant.
- • •
- Los costes de operación son sensiblemente inferiores a los de incineración (por la gran cantidad de energía necesaria para evaporar toda el agua a tratar) o los de procesos de oxidación avanzada, que consumen mayores cantidades de oxidantes costosos. The operating costs are significantly lower than those of incineration (due to the large amount of energy needed to evaporate all the water to be treated) or those of advanced oxidation processes, which consume higher amounts of expensive oxidants.
- • •
- Los oxidantes empleados no son tóxicos y son limpios ya que sus únicos subproductos de reacción son oxígeno yagua. The oxidizers used are not toxic and are clean since their only reaction by-products are oxygen and water.
DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS. DESCRIPTION OF THE FIGURES.
La figura 1 muestra un gráfico comparativo de los resultados obtenidos en el tratamiento de aguas contaminadas con fenol mediante un procedimiento convencional de ozonización yen varios experimentos realizados según el procedimiento objeto de esta invención . Figure 1 shows a comparative graph of the results obtained in the treatment of water contaminated with phenol by a conventional ozonation process and in several experiments performed according to the procedure object of this invention.
La figura 2 muestra una gráfica comparativa de los resultados obtenidos de reducción de COI y oao de aguas contaminadas mediante tratamientos convencionales de coagulación (A), ozonización (B), coagulación con pre-ozonización Figure 2 shows a comparative graph of the results obtained from reduction of IOC and or of contaminated water by conventional coagulation treatments (A), ozonation (B), coagulation with pre-ozonation
(C) y mediante el procedimiento de la invención (O) respectivamente. (C) and by the method of the invention (O) respectively.
REALlZACION PREFERENTE DE LA INVENCION PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
EJEMPLO 1 EXAMPLE 1
En una serie de experimentos se trataron soluciones acuosas de 100 ppm de fenal mediante el procedimiento de esta invención, utilizando una combinación de 0 3, O2 Y FeCb a pH 6, controlado mediante la adición de hidróxido sódico, y variando la relación molar Fe(IH)/fenol entre 1 y 4. El Fe(III) se añadió al inicio y los ensayos se realizaron a temperatura ambiente. Durante los experimentos se fueron tomando muestras que se filtraban antes de analizar su Cal. En la figura 1 pueden In a series of experiments, aqueous solutions of 100 ppm of phenal were treated by the process of this invention, using a combination of 0 3, O2 and FeCb at pH 6, controlled by the addition of sodium hydroxide, and varying the mole ratio Fe ( IH) / phenol between 1 and 4. Fe (III) was added at the beginning and the tests were performed at room temperature. During the experiments samples were taken that were filtered before analyzing their Cal. In Figure 1 they can
observarse los resultados obtenidos para las diferentes relaciones molares Fe(III)/Fenol. observe the results obtained for the different mole ratios Fe (III) / Phenol.
En esta figura también se han representado, a titulo ilustrativo y con el fin de poder realizar un estudio comparativo, los resultados obtenidos mediante un proceso convencional de ozonización simple. In this figure, the results obtained through a conventional simple ozonation process have also been represented for illustrative purposes and in order to be able to carry out a comparative study.
En la mencionada figura 1 se puede observar como los resultados obtenidos mediante el procedimiento de la invención mejoran considerablemente el grado y la velocidad de mineralización respecto a los obtenidos con el proceso convencional de ozonización simple. Son especialmente destacables los rápidos descensos en COT durante los primeros 5 minutos del proceso, que se aproximan en todos los casos al 70%. Durante ese tiempo se introdujeron en el sistema un total de 8,7 milimoles de ozono (una parte de los cuales no reaccionó ya que se detecto una concentración de ozono residual en el gas de salida superior a 12 g/m3), mientras que teniendo en cuenta la ecuación estequiométrica In the mentioned figure 1 it can be seen how the results obtained by the process of the invention considerably improve the degree and speed of mineralization with respect to those obtained with the conventional simple ozonation process. The rapid decreases in COT during the first 5 minutes of the process, which approximate 70% in all cases, are especially notable. During that time a total of 8.7 millimoles of ozone was introduced into the system (a part of which did not react since a residual ozone concentration was detected in the output gas exceeding 12 g / m3), while having take into account the stoichiometric equation
C6 H50H + 14 0 3 -7 6 CO.. + 3 H20 + 14 O.. se hubiese necesitado la reacción de al menos 10,4 mmoles de ozono para conseguir la mineralización obtenida, lo cual ilustra el consumo de una cantidad subestequiometrica de ozono en la oxi-coagulación. C6 H50H + 14 0 3 -7 6 CO .. + 3 H20 + 14 O .. the reaction of at least 10.4 mmol of ozone would have been needed to achieve the mineralization obtained, which illustrates the consumption of a sub-stoichiometric amount of Ozone in the oxy-coagulation.
Asimismo en la mencionada figura también se observa que al aumentar la relación molar Fe(lII) Ifenol se obtiene una cada vez mayor mineralización para las relaciones 1, 1,5 y 2; y que el grado de mineralización no aumenta significativamente al aumentar la dosis de hierro por encima de la relación molar 2. Also in the mentioned figure it is also observed that increasing the Fe (l) Ifenol molar ratio results in an increasing mineralization for the 1, 1.5 and 2 ratios; and that the degree of mineralization does not increase significantly as the iron dose increases above the molar ratio 2.
Las eliminaciones de DQO fueron aun mayores que las de COT. Por ejemplo, tras 60 minutos de reacción se eliminaron el 92% y el 95% de la DQO en los experimentos con relaciones molares 1 y 2 respectivamente. COD eliminations were even greater than those of COT. For example, after 60 minutes of reaction, 92% and 95% of COD were removed in experiments with molar ratios 1 and 2 respectively.
EJEMPLO 2 EXAMPLE 2
Uno de los experimentos realizados según el procedimiento de la invención, concretamente con 2mol Fe(III)/mol fenol, se realizó a 19°C, con una generación 0 3 de 5 gl h Y un pH regulado entre 6,0 y 6,8 mediante la adición de NaOH, consiguiéndose en 60 minutos de tratamiento los valores de la Demanda Química de Oxigeno (DQO) y de Carbono Orgánico Total (COT) que se detallan a continuación : One of the experiments carried out according to the process of the invention, specifically with 2mol Fe (III) / mol phenol, was carried out at 19 ° C, with a generation 0 3 of 5 gl h And a regulated pH between 6.0 and 6, 8 by the addition of NaOH, achieving in 60 minutes of treatment the values of the Chemical Oxygen Demand (COD) and Total Organic Carbon (TOC) detailed below:
- t (min.) O 60 t (min.) O 60
- pH 6,3 6,7 0 3 residual g/m3 0,0 13,1 COT % 100,0 19,2 000 % 100,0 5,0 pH 6.3 6.7 0 3 residual g / m3 0.0 13.1 COT% 100.0 19.2 000% 100.0 5.0
En el gráfico de la figura 2 se comparan los resultados de reducción de COI y DaO obtenidos en el experimento anterior (D) con los resultados obtenidos en 5 condiciones similares mediante tratamientos convencionales de coagulación (A), The graph of Figure 2 compares the results of COI and DaO reduction obtained in the previous experiment (D) with the results obtained in 5 similar conditions by conventional coagulation treatments (A),
ozonización (B), y coagulación con pre-ozonización (C). ozonation (B), and coagulation with pre-ozonation (C).
En la mencionada figura 2 se puede observar que es el proceso de oxicoagulación, correspondiente al procedimiento de la invención, el que proporciona mejores resultados (D), tanto en la reducción de COT como de 000. In the mentioned figure 2 it can be seen that it is the oxycoagulation process, corresponding to the process of the invention, that provides better results (D), both in the reduction of COT and 000.
10 EJEMPLO 3 En otro ejemplo de realización se han tratado aguas residuales industriales con las siguientes características de origen: 10 EXAMPLE 3 In another embodiment, industrial wastewater has been treated with the following characteristics of origin:
- 15 fifteen
- pH = 8 Carbono Orgánico Total (COT) = 72000mg/L pH = 8 Total Organic Carbon (TOC) = 72000mg / L
- Cloruros = 24600 mg/L Chlorides = 24600 mg / L
- Demanda Química de Oxígeno (DOO) = 174000mg/L Chemical Oxygen Demand (DOO) = 174000mg / L
- N amoniacal = 500mg/L Ammoniacal N = 500mg / L
- Demanda Biológica de Oxigeno (DBO) = 200 mg/L Biological Oxygen Demand (BOD) = 200 mg / L
El tratamiento se realizó sobre 750 mL de solución diluida de dichas 20 aguas en una relación 1/10, con una mezcla de oxígeno y ozono. The treatment was carried out on 750 mL of diluted solution of said 20 waters in a 1/10 ratio, with a mixture of oxygen and ozone.
El caudal máximo de gas utilizado fue de 200Llh. Con la aplicación al generador de ozono de una corriente de 1 amperio se consigue un caudal resultante de 13g/h de ozono. The maximum gas flow used was 200Llh. With the application to the ozone generator of a current of 1 amp, a resulting flow of 13g / h of ozone is achieved.
Para su tratamiento se utilizó Fe(ll!) en forma de sulfato de hierro 25 hidratado. Se pesaron 50g y se disolvieron en 150mL de agua de calidad millipore en caliente y con adición de ácido sulfúrico hasta pH O. Fe (ll!) In the form of hydrated iron sulfate was used for its treatment. 50g were weighed and dissolved in 150mL of hot millipore quality water and with the addition of sulfuric acid to pH O.
La solución fue tratada a temperatura ambiente (26°C). Al introducir el ozono continuamente al sistema se produjeron espumas que fueron controladas mediante la reducción del caudal de gas, pero al añadir Fe(III) a la solución las 30 espumas aumentaron al tiempo que descendía el pH. Mediante la adición de NaOH diluido se aumentó el pH a 6 y se produjo la oxi-coagulación. Posteriormente, The solution was treated at room temperature (26 ° C). By continuously introducing ozone into the system, foams were produced which were controlled by reducing the gas flow rate, but by adding Fe (III) to the solution, the 30 foams increased while the pH decreased. By adding diluted NaOH the pH was increased to 6 and oxycoagulation occurred. Later,
mediante la adición de H2S04, se redujo el pH a 4 y las espumas disminuyeron. Durante 15 minutos se fue aumentando lentamente el caudal de gas hasta el punto de poder pasar todo el ozono por el reactor. El pH seguía bajando espontáneamente, pero fue controlado entre 3 y 4 durante el resto del experimento. En total se alimentaron al sistema 8 mL de disolución de Fe(II I). by adding H2S04, the pH was reduced to 4 and the foams decreased. The gas flow rate was slowly increased for 15 minutes to the point where all the ozone could pass through the reactor. The pH continued to drop spontaneously, but was controlled between 3 and 4 during the rest of the experiment. In total, 8 mL of Fe (II I) solution was fed into the system.
Las medidas de Carbono Orgánico Total (COT) en muestras obtenidas durante el tratamiento fueron las siguientes: The measures of Total Organic Carbon (TOC) in samples obtained during treatment were the following:
- t (m in.) O 5 40 t (m in.) O 5 40
- COT 7000 2700 2600 %COT 100 39 37 COT 7000 2700 2600 % COT 100 39 37
10 Como puede observarse, de nuevo la eliminación de la mayor parte del COT se produjo durante los 5 primeros minutos, al producirse la oxicoagulación. El consumo energético del ozonizador durante estos 5 minutos fue inferior 0.05 Kwh/L, lo que supone un coste muy reducido. También se obtuvo una 15 reducción mayoritaria del nitrógeno amoniacal. 10 As can be seen, again the elimination of most of the COT occurred during the first 5 minutes, when oxycoagulation occurred. The energy consumption of the ozonator during these 5 minutes was less than 0.05 Kwh / L, which means a very low cost. A major reduction of ammoniacal nitrogen was also obtained.
EJEMPLO 4 En un último ejemplo de realización se trataron 30 litros de una disolución conteniendo 30 gramos de anilina a un pH inicial de 3 en un reactor agitado EXAMPLE 4 In a final embodiment, 30 liters of a solution containing 30 grams of aniline were treated at an initial pH of 3 in a stirred reactor
20 con 0,37 moles/hora de peróxido de hidrógeno dosificados regularmente a una temperatura de 40°C. La cantidad estequiométrica para oxidar por completo la anilina hubiese sido de más de 5 moles de dicho peróxido. Simultáneamente se introdujeron al sistema iones Fe(III), por disolución de hierro metálico, y oxígeno a través de un difusor. El pH aumentó de forma espontánea durante el proceso, pero fue mantenido 20 with 0.37 mol / hour of hydrogen peroxide dosed regularly at a temperature of 40 ° C. The stoichiometric amount to completely oxidize the aniline would have been more than 5 moles of said peroxide. Simultaneously, Fe (III) ions were introduced into the system by dissolving metallic iron and oxygen through a diffuser. The pH increased spontaneously during the process, but was maintained
25 entre 3 y 4 mediante la adición de pequeños volúmenes de ácido sulfúrico. Al mismo tiempo se formó un precipitado conteniendo hidróxido férrico y sustancias orgánicas coaguladas junto con él. Al cabo de una hora el Carbono Orgánico Total (COT) de la disolución había disminuido en un 61 %, Yal cabo de 2 horas en un 83%. 25 between 3 and 4 by adding small volumes of sulfuric acid. At the same time a precipitate formed containing ferric hydroxide and coagulated organic substances together with it. After one hour the Total Organic Carbon (TOC) of the solution had decreased by 61%, and after 2 hours by 83%.
30 Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, se hace constar a los efectos oportunos que en la misma se podrán introducir las Once the nature of the invention has been sufficiently described, it is stated for the appropriate purposes that it may be introduced
modificaciones que se consideren oportunas siempre y cuando no supongan una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación. modifications deemed appropriate as long as they do not involve an alteration of the essential features of the invention that are claimed below.
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