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tratamiento químico para residuos peligrosos

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Jesus Moreno

on 14 November 2013

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Transcript of tratamiento químico para residuos peligrosos

Intercambio iónico
El intercambio iónico es un proceso de eliminación de contaminantes presentes en el agua mediante reacciones químicas para que un ión contaminante se intercambie por otro presente en un cordón de resina.
Residuos de salida
Principalmente metano y cloruro de hidrógeno para PCB y metano y cantidades menores de hidrocarburos ligeros para HAP.
Consideraciones
Llevado a cabo a temperaturas de 850 ºC o superiores.
Esta técnica convierte aproximadamente el 40 % del metano producido en hidrógeno a través de la reacción del cambio del agua y la fracción restante para el hidrógeno del reformador de vapor catalítico.
el proceso puede funcionar sin un suministro externo de hidrógeno.
Con los residuos altamente concentrados, el proceso produce un exceso de metano.
Utiliza aire de combustión obtenido externamente o aire ambiente del lugar después de filtrarlo primero a través de carbón activo para el proceso de combustión.
Aplicación:
Este proceso es útil para fluidos de transformadores; sólidos de PCB a granel, incluyendo condensadores eléctricos; y mezclas de plaguicidas residuales con DDT de alta resistencia.
Esta técnica utiliza un álcali o metal de tierra alcalina disuelto en un disolvente como amoníaco o determinadas aminas o éteres para producir una solución que contiene electrones libres y cationes de metales.
Proceso de electrones solvatados
Uso:
compuestos orgánicos halogenados, incluyendo PCB, dioxinas, plaguicidas, clorofluorocarburos (CFC) y agentes para la guerra química.


Convenientes:
Se dice que las tierras descontaminadas son apropiadas para devolverlas a su emplazamiento y como beneficio adicional enriquecido del nitrógeno procedente de trazas de amoníaco residual.
La eficacia de destrucción varía del 86 al 100 %.
El cloro y otros halógenos se extraen selectivamente de los haluros orgánicos mediante electrones libres y capturados por los cationes de metales para formar sales
Tratamiento químico de residuos peligrosos
Tratamientos
Reducción y oxidación
Cambiar el estado de oxidación del residuo.
Oxidación
-> perdida de electrones (aumento # Oxid.).
Reducción
-> ganancia de electrones (disminución # Oxid.).

cromo VI, cianuros, fenoles, plaguicidas, sulfuros, Pb y Hg
Hidrólisis
Ciertos residuos peligrosos, incluyendo algunos plaguicidas, reaccionan en contacto con el agua.
La hidrólisis causa la descomposición de las sustancias en el agua y puede ser realizada en ácidos, o bien, en condiciones alcalinas.
electrólisis
un proceso donde la energía eléctrica cambiará a energía química.
El proceso sucede en un electrólito,
los iones ser transferidos entre dos electrodos.
El electrolito es la conexión entre los dos electrodos que también están conectados con una corriente directa.
Residuo peligroso:
Innovadores
Consideraciones:
conocer la composición del residuo y como reacciona
personal calificado
supervisar progreso de la reacción química
comprobar calidad de los resultados


se basan en reacciones químicas
provocan generalmente un cambio permanente de las propiedades químicas
implica el empleo de una sustancia química para tratar otra
Tratamiento químico
oxidación de residuos de cianuro
se usa Cl alcalino (ph>=10).
reducción del cromo
el SO2 es usado como agente reductor
Reacciones comunes por oxidacion y reduccion
Agentes mas usados
Los reactivos de oxidación más fáciles de usar son el hipoclorito de sodio o calcio y son también a menudo los más baratos. Entre los reactivos reductores, el sulfato ferroso es el más barato y el más fácil de usar. El sulfito sódico también requiere el empleo de ácido sulfúrico.
Ventajas y desventajas
Es un proceso rentable
Algunos reactivos son relativamente económicos y fáciles de conseguir
La clorinación alcalina puede remover, bajo condiciones ambientales, todas formas de cianuros
Reactor de oxidación de CN
elementos tratados: halógenos, carburos, hidruros, alcóxidos y metales activos.
ventajas y desventajas
La reacción es lenta.
Depende de factores como el pH y T.
Este proceso debe ser llevado a cabo en condiciones controladas.

Es prometedora para el futuro.
En medios alcalinos es más rápida que en medios ácidos.


hidrólisis alcalinas para algunos RPBI.
hidrólisis de RB de origen animal:
Usos:
Este es el método utilizado para recuperar la plata de las aguas residuales. También es usado para tratar sales de tratamiento térmico que contienen un alto porcentaje de cianuro.
Ventajas/desventajas:
indispensable una fuente de energía.
este proceso es útil para la extracción de metales pesados que por naturaleza son muy tóxicos.
el refinado mediante hidrólisis resulta muy eficiente, alcanzando purezas muy altas.
Las resinas sintéticas presentan una gran capacidad de intercambio lo que permite utilizar equipos de dimensiones menores.
Las resinas son estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
Proceso de tratamiento industrial común para una amplia variedad de residuos ácidos y alcalinos.
neutralización de ácidos:
ventajas
pH neutralizado y liquido enviado a sedimentación.
se emplea en casi todas las plantas de tratamiento físico-químico
es un proceso muy importante en la eliminación de metales pesados.
aplicaciones
Separar metales.
Ablandar agua.
Remoción de materiales radioactivos.
Efluentes de industrias de plateado (Ni, Cr, Zn).
Efluentes de industria textil.
Hidrogenación de los COP
El H reacciona con los compuestos orgánicos clorados o los contaminantes orgánicos no clorados, como los HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos), a altas temperaturas.
Clorólisis
La extracción del cloro es un proceso donde el cloro es químicamente extraído de los compuestos orgánicos clorados, utilizando reactivos reductores fuertes.
control de compuestos organoclorados entre ellos plaguicidas.
usos
ventajas y desventajas
No es considerada como una opción atractiva debido tanto al alto coste de los reactivos como a las dificultades operacionales en su manejo y almacenaje.
Emisiones.
Jesús Moreno & Félix Aguilar.
FIN
Neutralización
Oxidación por Aire Húmedo
Método de eliminación de lodos que consiste en la oxidación de los sólidos del lodo en suspensión acuosa a presión y temperatura elevadas. También denominado proceso de oxidación húmeda.
ventajas y desventajas
La oxidación por aire húmedo no está diseñada para ser un proceso de tratamiento en solitario ya que produce un efluente acuoso que requiere un tratamiento posterior y una salida de gases.
La naturaleza del efluente acuoso y de los gases depende de las características del residuo a tratar.

Los residuos peligrosos son los que mayor riesgo presentan para el ambiente y por lo tanto son los que más cuidado merecen.
El propósito del tratamiento de los residuos peligrosos es convertirlos en sustancias no peligrosas y, así, que estas no representen un peligro cuando ingresen al ambiente.
La selección de un proceso de tratamiento para el residuo depende entre otros factores de la naturaleza del residuo, de las características deseadas al final del proceso, etc. La mayoría de la veces las propiedades químicas de los constituyentes del residuo puede determinar el tipo de tratamiento a emplear.
Necesita un diseño experto para ser seguros.

Precipitación de metales oxidados produce unos lodos que pueden necesitar tratamiento adicional
los costos estimados para tratamiento químico de 1 kg de cianuro total en solución:

- clorinación alcalina: US$ 7,73 a 18,70
- proceso con peróxido de hidrógeno: US$ 2,30 a 4,55
- proceso con dióxido de azufre y aire: US$ 1,83 a 2,03

con Cl alcalino
PROCESO CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO
El cianuro libre es oxidado en presencia del peróxido de hidrógeno
CN- + H2O2 -> CNO- + H2O
Este método es efectivo en un amplio rango de pH. pH>9 es recomendado.
La oxidación de los iones cianuro es acelerada en presencia de catalizadores como iones de cobre ó formaldehído.
El tiempo de reacción para llegar a una concentración adecuada varía de entre 20 minutos a 4 horas, dependiendo de la proporción Cu-CN, el nivel de cianuro y la cantidad de peróxido de hidrógeno empleado.
PROCESO CON DIOXIDO DE AZUFRE Y AIRE
Una mezcla de dióxido de azufre y aire oxida rápidamente el cianuro libre con la presencia de iones cobre como catalizador:
CN- + SO2 + O2 + Cu + H2O
->
CNO- + Cu + H2SO4
el método funciona bien entre un rango de pH entre 8 a 10
El O2 es bombeado hacia la solución en forma de finas burbujas, el consumo de aire es:1 L/L sol./1 min.
El SO2 puede ser suministrado en forma de gas
Agropecuario: Vitivinícola, olivícola, lecherías, industria de alimentos
Minería: Oro
Forestal: Celulosa y Papel
Manufactura: Textiles, industria química, industria farmacéutica
usos
http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones/libros/139/minimizacion.html
Márquez, Fernando (2000)
Los residuos peligrosos:
corrosivos: 2>pH>12.5


Tales residuos pueden ser neutralizados químicamente.
acidos--> Ca(OH)2
económica y ampliamente usada
residuos alcalinos-->
H2SO4
No muy caro
Ácido acético (C2H4O2)
no tóxico y biodegradable
Burbujas de CO2 (g)
otra alternativa
CO2 presente en cualquier proceso de combustión
Ácido carbónico (H2CO3)
La reacción entre un
ácido
y una
base
se denomina
neutralización
. Según el carácter del ácido y de la base reaccionante se distinguen cuatro casos:
ácido fuerte + base fuerte
ácido débil + base fuerte
ácido fuerte + base débil
ácido débil + base débil
En el momento de la neutralización se cumple que el
número de equivalentes de ácido
que han reaccionado (N • V) es igual al
número de equivalentes de la base
(N' • V'):

N • V = N' • V'

Desventajas:
La neutralización es un proceso discontinuo.
Los procesos deben ser experimentados previamente en el laboratorio.
Generalmente será necesario un tratamiento adicional tras la neutralización
La variabilidad de los residuos no permite un proceso continuo.
Soto et al. 2006
http://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-los-sistemas-de-intercambio-ionico-54414.htm
ventajas
desventajas:
El uso de resinas está contraindicado en disoluciones con altas concentraciones de impurezas iónicas.
PRECIPITACION(por adición de reactivos)
Consiste en la eliminación de una sustancia disuelta indeseable, por
adición de un reactivo
que forme un compuesto insoluble con el mismo, facilitando así su eliminación por cualquiera de los métodos descritos en la eliminación de la materia en suspensión.
Tratamiento químico
Consiste en la dosificación de determinados productos químicos al agua a tratar, con el fin de llevar a cabo una
reacción con un contaminante
o grupo de ellos, obteniéndose unos
compuestos insolubles
que por posterior
sedimentación o filtración
son eliminados del medio.

Las principales aplicaciones en el tratamiento de aguas se centra en la eliminación de:



Fosfatos
: Se precipitan con sales de aluminio o hierro (generalmente sulfatos).


Metales pesados
: Se precipitan en medio básico con hidróxido cálcico. Se suele hacer a dos niveles de pH:

pH= 8
Precipitan: Fe, Al, Cr3+, Cu

pH= 10,5
Precipitan: Pb, Mn, Hg, Ni, Cd, Zn


Fluoruros
: Se precipitan con cal.


Coagulación-Floculación

Es el proceso que permite separar los sólidos en suspensión de tamaño muy pequeño, coloides y/o grasas y aceites emulsionados o finamente divididos, que no han sido separados en otros procesos.
La pequeña dimensión (10-6 – 10-9 m) de las partículas coloidales presentes en el agua proporcionan una gran estabilidad a las suspensiones coloidales.
Velocidad de sedimentación extremadamente lenta,

Coagulación
Fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, que puede conseguirse especialmente a través de la neutralización de sus cargas eléctricas con la adición de un coagulante (reactivo químico).

El tiempo de residencia es < de 3 minutos. Los principales coagulantes utilizados son las sales de aluminio y de hierro.

Floculación:
Agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras.
Esta agrupación es favorecida por algunos productos químicos llamados floculantes. Los flóculos son retenidos en una fase posterior del tratamiento (decantación o flotación).
Es necesaria una agitación también homogénea y muy lenta, con objeto de no romper los flóculos que se forman. El tiempo de residencia es de 10-30 min.

Para que la precipitación, floculación y sedimentación sean efectivas, la viscosidad del líquido no debe ser muy alta.
Ejemplos de eficiencia de remoción
Fuente: Patterson, J W (2005)

Proceso de oxidación avanzada
Fotólisis
Es la ruptura de un enlace químico en presencia de radiación, generalmente UV.
Muchos compuestos orgánicos que pueden considerarse residuos tóxicos absorben energía en el espectro UV y son susceptibles de tratamiento fotolítico.

Ventajas
La oxidación avanzada (OA) es una buena alternativa a emplear , es un caso previo a un tratamiento biológico, para aumentar su biodegradabilidad y disminuir su toxicidad, cuando sus componentes afectan negativamente a los microorganismos que degradarán la materia orgánica.

La OA dispone de una amplia gama de procesos que utilizan diferentes oxidantes enérgicos como H2O2, O3, ClO-, radiación UV o la combinación de dos o más de estos reactivos.

Esta tecnología permite destruir compuestos orgánicos persistentes o refractarios.
Nula o escasa generación de lodos como resultado del tratamiento
Desventajas:
la oxidación avanzada requiere de un tratamiento primario previo, principalmente para evitar que los residuos sólidos obstruyan la columna donde se realiza la reacción. Dado que estos sistemas operan mejor en condiciones neutras o alcalinas, puede ser necesaria una etapa de neutralización.
los tratamientos de oxidación avanzada pueden definirse como procesos que implican la formación de radicales hidroxilo (OHº) altamente reactivos, ya que presentan un elevado potencial de oxidación , característica que lo hace muy efectivos para la oxidación de compuestos orgánicos, principalmente por abstracción de hidrógeno.

Es decir, lo primero es la generación de radicales hidroxilos, los que reaccionan sobre la materia orgánica, para formar radicales orgánicos libres , los que pueden reaccionar con oxígeno molecular para formar peroxiradicales ; dependiendo del tiempo de contacto, se puede inducir reacciones de oxidación en serie, que pueden conducir a la mineralización completa de los compuestos orgánicos, dependiendo de la calidad final que se desea obtener en el efluente.
Consiste en:
Se ha constatado que puede degradar compuestos con anillos aromáticos, PCB´s, dioxinas, etc. Tambien se ha propuesto para el tratamiento fotolítico de suelos contaminados con residuos orgánicos peligrosos.
Aplicación
Los tres requerimientos de fotólisis de TCDD(tetraclorodibenzo-dioxina)son:
1) disolución en una película transmitente de luz
2) presencia de hidrógeno orgánico
3) luz ultravioleta

En tal fotólisis las reacciones incialmente un reactivo intermediario como HO* es formado el cual participa en reacciones en cadena que permite la destrucción del componente.

Se denomina Oxidación fotocatalítica al sistema que emplea en conjunto la radiación UV, un catalizador y un oxidante.

Oxidación foto catalítica
Descripcion:
Para que los procesos de oxidación fotocatalítica se inicien, es imperativa la presencia de radicales libres, lo que conlleva la necesidad de incorporar
agentes oxidantes
que permiten la formación de tales radicales; los oxidantes más reconocidos y utilizados son
el

H2O2 y el O3
. Entre los distintos procesos de aplicación para el tratamiento de aguas, la combinación de radiación ultravioleta y ozono es muy interesante cuando se desea un agua con un alto grado de pureza. Este proceso implica la formación de radicales hidroxilo. Como se mencionó anteriormente, el ozono es un potente agente oxidante no selectivo y una excelente fuente de radicales libres; es además un aditivo deseable ecológicamente ya que durante su descomposición únicamente se genera oxígeno.

TiO2
El más ampliamente usado en aplicaciones fotocatalíticas ya que presenta una mayor actividad fotocatalítica, no es tóxico, es estable en soluciones acuosa y no es costoso.

Es un sólido semiconductor, por lo que al ser activado por la absorción de la luz acelera el proceso interaccionando con el reactivo a través de la aparición de pares electrón-hueco (e- y h+). Así los electrones excitados son transferidos hacia la especie reducible, a la vez que el catalizador acepta electrones de la especie oxidable que ocupará los huecos; de esta forma el flujo neto de electrones será nulo y el catalizador permanecerá inalterado.

Como se ha mencionado anteriormente, en los procesos de oxidación avanzada tradicionales se cree que el radical OHº es la principal especie oxidante, responsable de la degradación de la mayoría de los compuestos orgánicos estudiados; en el caso del empleo del TiO2 el proceso de degradación mediante transferencia electromagnética ha sido de mucho interés por los huecos (h+) producidos en la banda de valencia del semiconductor.

Parámetros que influyen en el proceso de Fotocatálisis con TiO2 :
Longitud de onda e intensidad de la luz
: el aprovechamiento de la energía absorbida es mayor cuanto menor es la longitud de onda empleada.

El catalizador
: Cuanto mayor sea la dosis del catalizador, mayor será en principio la eficiencia obtenida, siempre que no empeore la turbidez ocasionada por sus partículas, dificultando la difusión de la luz ultravioleta.

Efecto del oxígeno
: La presencia de oxígeno es esencial para que se produzca una oxidación efectiva, ya que actúa como aceptor de los electrones liberados en la fotoexitación, evitando la recombinación del par hueco-electrón. El oxigeno actúa como oxidante y se ha comprobado que cuando desaparece el oxígeno disuelto en el agua y no existe ninguna otra especie oxidante el proceso fotocatalítico, se detiene totalmente.
Parámetros que influyen en el proceso de Fotocatálisis con TiO2 :
Temperatura y pH:
 La variación de la temperatura no afecta significativamente la velocidad de las reacciones fotocatalíticas. El pH afecta el tamaño de las partículas, la carga superficial y las posiciones de los máximos y mínimos de las bandas del TiO2 debido a su carácter anfotérico. Debe trabajarse a un pH diferente al punto isoeléctrico para el TiO2 (pH 7), donde la superficie del óxido no está cargada.
Co del contaminante:
 la velocidad de reacción varía proporcionalmente a la fracción de superficie cubierta por el sustrato.

Calidad del agua a tratar:
 La presencia de turbidez, sólidos en suspensión y materia orgánica e inorgánica en el agua a tratar pueden restar eficiencia a la oxidación fotocatalítica con TiO2. La turbidez interfiere en la interacción de la luz ultravioleta y el catalizador, reduciendo la eficacia de la reacción de destoxificación.

Ozonólisis
La ozonización u ozonólisis es otro proceso de oxidación apropiado para corrientes acuosas que contienen menos del 1% de compuestos oxidables.

Ventajas e inconvenientes:
El ozono es un compuesto bastante peligroso.
Por una parte es tóxico, y por otras es explosivo. Por tanto hay que utilizar una campana de extracción bien ventilada y captar los efluentes a la fuente para su eliminación.
Por otra parte, teniendo en cuenta su carácter explosivo, hay que evitar una alta concentración de ozono y por tanto evitar enfriar demasiado el medio de reacción ya que aumenta la solubilidad del ozono en el disolvente y si el ozono se licúa se produce explosión.
El ozono en conjunción con radiación UV ha mostrado ser efectiva para la destrucción de fenoles policlorados y plaguicidas
El ozono se puede utilizar para pretratar residuos, rompiendo compuestos orgánicos refractarios, antes de un tratamiento biológico. También se puede utilizar como afinado después del tratamiento biológico o de otro tipo, para oxidar productos orgánicos sin tratar

COGERSA, 2011
PROPIEDADES QUÍMICAS INVOLUCRADAS
pKa- Constante de disociación ácida
pKb- Constante de disosiación básica
pKa=-log Ka
AH= ácido
A-= base conjugada
H+= ion hidrógeno
pKb=-log Kb
B=base
HB+= ácido conjugado
OH-=ion hidróxido
LaGrega et al. 1994
valencia y número de oxidación.
Se llama VALENCIA QUÍMICA a la capacidad de combinación de un elemento químico determinado con respecto a otros elementos, cuando forman entre sí diferentes compuestos.
El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo recibe (signo menos) o que pone a disposición de otros (signo más) cuando forma un compuesto determinado.

Número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.
PROCESO CON DIOXIDO DE AZUFRE Y AIRE
El ácido (H2SO4) producido durante el proceso es neutralizado con cal ó soda caústica, para el pH dentro de ese rango. Un decrecimiento en el desempeño del método ocurrirá si el pH sale del rango óptimo.
Los compuestos de cianuro WAD son fácilmente destruidos y los metales residuales son precipitados en forma de sus respectivos hidróxidos.
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