OXIDACIÓN UV PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y DE PROCESO DEL SECTOR QUÍMICO Y FARMACÉUTICO

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1 OXIDACIÓN UV PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Y DE PROCESO DEL SECTOR QUÍMICO Y FARMACÉUTICO Aplicación de la oxidación UV para la eliminación de la Sulfadiazina y del 1,4-Dioxano RESUMEN: En este artículo se presenta la tecnología de la oxidación ultravioleta (UV) para el tratamiento de aguas residuales y aguas de proceso. Mediante el uso de esta tecnología, en combinación con un acelerador de la oxidación, que puede ser ozono o peróxido de hidrógeno, se consigue eliminar los compuestos orgánicos presentes en el agua residual o agua de proceso. El tratamiento consiste en la oxidación completa de los compuestos orgánicos hasta dióxido de carbono y agua. Se hará referencia a la experiencia adquirida en el tratamiento de dos aguas residuales, unas con contenido en Sulfadiazina y otros con contenido en 1,4- Dioxano. 1. INTRODUCCIÓN: OXIDACIÓN ULTRAVIOLETA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS 1.1. Introducción La oxidación ultravioleta (UV) es una técnica de tratamiento de aguas residuales y aguas de proceso sumamente importante para diferentes sectores como la industria química, alimentaria farmacéutica y galvánica. Cuando la oxidación UV se combina estratégicamente con otros sistemas de tratamiento, ofrece beneficios únicos en cuanto a la reducción de las sustancias orgánicas disueltas. Mediante la oxidación UV se pueden tratar aguas residuales de distinta procedencia. Este tipo de tecnología es idónea para: detoxificación de cianuro, eliminación de la DQO, eliminación de compuestos orgánicos, aromáticos, tratamiento de agua residual de Zn-Ni, acondicionamiento del baño de níquel, etc Teoría de la oxidación UV La foto-oxidación directa con radiación UV da fundamento a una tecnología de degradación de contaminantes orgánicos siempre que estos absorban dicha radiación y lo hagan con una especificidad razonable en comparación con otros compuestos presentes en el medio.

2 Desafortunadamente, la absorbancia de la mayoría de los contaminantes orgánicos es baja y las reacciones fotoquímicas que se originan tienden a generar mezclas complejas de productos intermedios en lugar de la mineralización del contaminante. La velocidad de las reacciones fotoquímicas con la materia orgánica puede incrementarse mediante la adición al medio de ozono, peróxido de hidrógeno o mezclas de ambos, debido a que se trata de compuestos que al absorber luz ultravioleta se descomponen para originar radicales. Tanto la fotólisis de ozono como del peróxido de hidrógeno originan radicales hidroxilo: O 3 + h (λ < 310nm) O 2 + O ( 1 D) O( 1 D) + H 2 O 2OH. H 2 O 2 + h (λ ~ nm) 2OH. El radical libre OH. puede reaccionar con moléculas orgánicas para ionizarlas parcialmente o oxidarlas completamente a CO 2 y agua, tal y como se demuestra con la oxidación del metanol: CH 3 OH + 2OH. HCHO + 2OH. HCOOH + 2OH. HCHO + 2H 2 O HCOOH + H 2 O CO 2 + 2H 2 O Los rayos UV se generan mediante una descarga eléctrica en vapor metálico, siendo la lámpara de vapor de mercurio, la más indicada para la generación de la radiación germicida (UV-C), dado que la línea de resonancia del átomo de Hg a 254nm es emitida con alta eficiencia. La aplicación de la tecnología de oxidación UV en la industria química y farmacéutica es muy variada. Alguno de los ejemplos de las sustancias activas que se pueden eliminar con esta tecnología son los siguientes: Antibióticos Hormonas Intermedios clorados Poli-fosfatados orgánicos Ácidos orgánicos (ej: EDTA, NTA, etc.) Hetero-ciclo-alifáticos (ej: 1,4-Dioxano) N-orgánico Aromáticos y hetero-aromáticos.

3 2. Ejemplo 1: Tratamiento de las aguas de la industria farmacéutica, eliminación de la Sulfadiazina con oxidación UV La oxidación ultravioleta ha sido empleada como tecnología de tratamiento del agua residual de una empresa farmacéutica contaminada con sulfadiazina (C 10 H 10 N 4 O 2 S), cloruro amónico y restos de nitrato de plata. La aplicación de la tecnología de oxidación UV ha resultado un éxito, ya que se consigue eliminar la mayor parte de la sulfadiazina presente en el agua a tratar. Antes de llevar a cabo la instalación de la depuradora se realizaron pruebas en el laboratorio, los cuales demostraron la eficacia del tratamiento tal y como se expone a continuación. Se realizaron pruebas de laboratorio con muestras representativas del agua residual de la empresa farmacéutica. Los parámetros analíticos que se tuvieron en cuenta durante los ensayos fueron: COT (carbono orgánico total), COT correspondiente a la sulfadiazina, la concentración de H 2 O 2 adicionada para aumentar la velocidad de la oxidación, y el ph y temperatura de la solución. Las pruebas se realizaron en una planta a escala de laboratorio en la cual se disponía de dos reactores UV con diferente tipo de luz. Los datos obtenidos durante el ensayo en el laboratorio se plasmaron en la siguiente gráfica. Los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios. En el diagrama se pueden observar las curvas de degradación del COT total y del COT resultante de los compuestos de la sulfadiazina. El COT total se degradó solamente en un 25% cuando casi la totalidad de los enlaces de los complejos de la sulfadiazina estaban rotos.

4 Datos del rendimiento del sistema UV (oxidación UV) Volumen de agua residual 6 m 3 /d COT inicial 290 mg/l COT tras tratamiento 225mg/L COT (sulfadizina) inicial 220mg/L COT (sulfadizina) tras tratamiento < 10 mg/l residual procedente de la industria farmacéutica. Tal y como lo demuestran los resultados obtenidos en la prueba de laboratorio, la tecnología de oxidación UV es un tratamiento eficaz y adecuado para la eliminación de la sulfadiazina del agua 3. Ejemplo 2: Tratamiento de las aguas de la industria química, eliminación del 1,4- Dioxano El 1,4-Dioxano (C 4 H 8 O 2 ) es tóxico y no biodegradable en medio acuoso. Se produce como intermedio durante la producción de emulsionantes en la industria de pinturas, construcción y papel. El 1,4-Dioxano se retira del proceso y se almacena en un lugar separado. Pero luego, que se hace con esta sustancia tóxica? Las normativas de vertido permiten únicamente vertidos puntuales de compuestos químicos al medio acuoso. El límite de descarga para el 1,4-Dioxano es de únicamente 0.1mg/L. Debido a las características del proceso de producción particular, la concentración del agua de proceso residual es de unos 15,000-20,000 mg/l. El objetivo es reducir la concentración de 1,4-Dioxano en el agua residual a 5 mg/l. El problema era encontrar un método eficaz y de bajo coste para la destrucción de 1,4-Dioxano, ya que el tratamiento térmico es muy caro y consume gran cantidad de energía. La capacidad de destrucción máxima del ozonólisis es del 70%, lo cual no es suficiente para esta aplicación. Se recogió una muestra representativa de 50 litros de aguas residuales de producción para hacer pruebas y saber si el método de oxidación UV era un método eficaz para la destrucción del 1,4-Dioxano. Datos del rendimiento del sistema UV (oxidación UV) Volumen de agua residual 2-8 tn/d Capacidad del batch 8 tn/batch Secuencia del tratamiento 1 batch/12h Concentración inicial del 1,4-Dioxano mg/L Concentración tras tratamiento 3-10 mg/l Porcentaje de eliminación > 99,95% DBO tras tratamiento > 95% Costes del tratamiento aprox. 70 /batch Este método se basa en la transformación selectiva, lo cual es una gran ventaja ya que esto conlleva a la reducción de costes de eliminación. El proceso utiliza un fotosensibilizador para producir la rotura del 1,4-Dioxano. Los resultados de las pruebas de laboratorio eran alentadores, y el 1,4-Dioxano se fue eliminando totalmente de la muestra. Como promedio, más del 99,95% del 1,4-Dioxano fue eliminado.

5 La ruptura de enlaces no ocurre como resultado directo de la irradiación de la luz UV. Debido a ello, se añade un compuesto a la solución de proceso en cantidades muy pequeñas, el cual absorberá la luz UV y lo transferirá a la molécula a eliminar. La reactividad aumenta hasta un punto donde el 1,4-Dioxano, el cual es estable bajo condiciones normales, se rompe. El proceso de oxidación produce pequeñas moléculas orgánicas que son biodegradables. El test de Zahn-Wellens que se llevó a cabo en el laboratorio del fabricante confirmó estos resultados. El nuevo método tiene una gran eficacia de ruptura y ofrece una considerable reducción de costes en comparación con los otros métodos que están disponibles. 4. CONCLUSIÓN Tal y como lo demuestran los resultados obtenidos, la tecnología de oxidación UV es un tratamiento eficaz y adecuado para la eliminación de la sulfadiazina y 1,4-Dioxano de las aguas residuales. Las mayores ventajas de la tecnología UV son la alta eficacia de eliminación y el bajo coste de operación en comparación con otros métodos de tratamiento. La gran experiencia adquirida en el tratamiento de aguas residuales y aguas de proceso de la industria farmacéutica y química hace que la oxidación UV sea una técnica eficaz y de gran aplicación para la eliminación de compuestos orgánicos disueltos en el agua a tratar.