ES2670712A1 - Procedimiento y sistema de eliminación de microcontaminantes mediante reactor con nanopartículas magnéticas y unidad de separación externa - Google Patents

Abstract

Procedimiento y sistema de eliminación de microcontaminantes mediante reactor con nanopartículas magnéticas y unidad de separación externa. La presente invención se refiere a un sistema y procedimiento de eliminación de microcontaminantes que comprende la utilización de nanopartículas magnéticas y una unidad de separación externa. Las nanopartículas reaccionan con los agentes microcontaminantes y posteriormente son retenidas mediante la unidad de separación externa.

Description

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En el sistema objeto de la presente invención las nanopartículas magnéticas comprenden óxido de hierro magnético: magnetita o maghemita. Las nanopartículas magnéticas tienen un diámetro preferente comprendido en el rango 10-100 nm y presentan propiedades superparamagnéticas. En una realización más particular las nanopartículas tienen un tamaño preferente de 10 nm. Las nanopartículas superparamagnéticas se caracterizaron mediante análisis de TEM e histogramas de distribución de tamaño, ver Figura 2. La concentración de nanopartículas magnéticas en el interior del reactor del sistema de eliminación de microcontaminantes está comprendida en el rango de 50-1000 mg L-1.

El sistema objeto de la presente invención está caracterizado porque el segundo sistema de bombeo extrae al medio la corriente tratada del interior del reactor una vez finalizado el tratamiento si el valor proporcionado por el sistema de medida de microcontaminantes en la salida del reactor es menor que un valor máximo fijado, o recircula la corriente de salida nuevamente al reactor si el valor proporcionado por el sistema de medida de microcontaminantes en la salida del reactor es mayor que un valor máximo fijado.

Una vez transcurrido el tiempo de reacción necesario para llevar a cabo la eliminación de los microcontaminantes objetivo, se acciona el segundo sistema de bombeo para extraer la corriente limpia de contaminantes fuera del reactor.

El caudal de salida del reactor se mantiene en valores comprendidos en el rango 70-150 mL min-1, de forma que las nanopartículas magnéticas quedan retenidas en las paredes de las tuberías por donde circula el efluente. En una realización preferente las tuberías son de teflón, con un diámetro interno y externo de 2 y 5 mm, respectivamente. Esta conducción se dobla de forma que coinciden varios pasos de la misma conducción dentro del sistema de separación magnético (Figura 3). En una realización particular el número de pasos es de 4.

Una vez vaciado el reactor, se completa un ciclo de reacción y puede iniciarse uno nuevo. Para comenzar un nuevo ciclo, se hace bombear de nuevo efluente contaminado por la tubería donde se encuentran retenidas las nanopartículas, con una caudal de entrada comprendido en el rango 600-750 mL min-1, de forma que las nanopartículas son arrastradas en su totalidad al interior del reactor nuevamente, por arrastre con el influente de entrada, para comenzar una nueva etapa de reacción. Este proceso puede repetirse sucesivamente en diferentes ciclos de reacción.

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El sistema de medida de microcontaminantes toma muestras de las corrientes de entrada y salida del reactor para determinar la concentración de los contaminantes y verificar la eficacia de eliminación tras el tratamiento oxidativo.

En otro aspecto, la invención se refiere al uso del método y sistema anteriormente descritos para la eliminación de microcontaminantes presentes en efluentes secundarios de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) o efluentes industriales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las modalidades detalladas en las figuras se ilustran a modo de ejemplo y no a modo de limitación:

Figura 1. Diagrama esquemático del sistema de reacción con separación magnética externa y su aplicación en el tratamiento de microcontaminantes. El influente entra al reactor, con una determinada concentración de contaminantes, donde se encuentran las nanopartículas magnéticas en disolución (Etapa I). Se deja reaccionar durante el tiempo de reacción necesario en cada caso (Etapa II). Tras la etapa de reacción, la corriente de salida del reactor se bombea haciéndose pasar por el sistema de separación magnético, obteniéndose el efluente tratado y libre de nanopartículas, que puede ser descargado al ambiente acuático (Etapa III). Por último, se bombea nuevo influente contaminado arrastrando las nanopartículas retenidas en el sistema y comienza un nuevo ciclo de reacción.

Figura 2. Diagrama esquemático del perfil del sistema de separación magnético. Figura 3. Resultados de caracterización de las nanopartículas de hierro mediante histogramas de distribución del tamaño.

Figura 4. Análisis TEM de las nanopartículas de hierro.

Figura 5. Simulación de los campos magnéticos (T) producidos por diferentes configuraciones de imanes: polaridad alterna (a) y en serie (b) (COMSOL Multiphysics ®).

Figura 6. Perfiles de concentración (porcentaje respecto a la concentración en la corriente de entrada) de RB19 en los experimentos de decoloración () y en el control () en la corriente de salida del reactor para el tratamiento del tinte (25 mg L-1) en 13 ciclos con un tiempo de operación de 7 h.

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de hierro magnéticas como catalizadores, con una concentración media de 200 mg L-1. Se realizaron experimentos de control para cada ciclo, sin presencia de catalizador ni de peróxido de hidrógeno, en las mismas condiciones que los experimentos de decoloración. Las condiciones de operación en el reactor fueron: temperatura: 25 ºC; agua residual real a pH 3; agitación: 150 rpm; volumen: 20 mL; 10 ciclos de 7 h cada uno; caudales de entrada y salida al reactor de 70 y 600 mL min-1, respectivamente.

La decoloración del tinte RB19 se determinó por espectrofotometría a una longitud de onda de 592 nm, relacionando mediante una recta de calibrado de absorbancia-concentración. Los resultados de decoloración se muestran en la Figura 6, donde se observa que el sistema es capaz de eliminar el color incluso en condiciones reales de efluentes coloreados con un porcentaje en torno al 60% a lo largo de 10 ciclos de decoloración del tinte.

Ejemplo 3

Se llevó a cabo la aplicación del procedimiento anteriormente descrito para la decoloración del tinte Rodamina B (RB), para el tratamiento de aguas coloreadas utilizando nanopartículas de hierro mediante el proceso de oxidación Fenton en un reactor SBR con un volumen útil de 20 mL acoplado a un sistema de separación magnética externa, tal y como se observa en la Figura 1, con el objetivo de retener las nanopartículas de hierro y volver a utilizarlas en consecutivos ciclos de decoloración. La concentración media del catalizador empleado fue de 200 mg L-1 y la concentración del tinte RB en el influente fue de 10 mg L-1. Se realizaron experimentos de control para cada ciclo, sin presencia de catalizador ni de peróxido de hidrógeno, en las mismas condiciones que los experimentos de decoloración. Las condiciones de operación se detallan a continuación; temperatura: 25 °C; pH 3; agitación: 150 rpm; 10 ciclos de 24 h cada uno; caudales de entrada y de salida al reactor de 70 y 600 mL min-1, respectivamente.

La eliminación de RB se determinó por espectrofotometría a una longitud de onda (λ) característica del tinte de 550 nm, relacionando mediante una recta de calibrado absorbancia-concentración. Los resultados obtenidos muestran que el sistema elimina el color en torno al 50% a lo largo de los 10 ciclos (Figura 7).

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Claims (1)

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