TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDEROS MEDIANTE EL MÉTODO ELECTRO-FENTON

TRATAMIENTO DE LIXIVIADOS DE VERTEDEROS MEDIANTE EL MÉTODO ELECTRO-FENTON

ABSTRACT

En este estudio, se examinaron los efectos de diversas condiciones operativas como el tiempo de tratamiento, la corriente CC, el pH inicial, la concentración inicial de H2 O2 y la distancia entre los electrodos sobre la tratabilidad del lixiviado de vertedero mediante el método electro-Fenton (EF). También se determinaron las características de sedimentación de los lodos residuales producidos por el tratamiento. De acuerdo con los resultados, el método EF se puede usar de manera eficiente para el tratamiento de lixiviados de vertederos usando las condiciones de operación adecuadas. Las mejores eficiencias de eliminación se obtuvieron cuando: la duración del tratamiento es de 20 min, el valor de corriente continua constante es 3A, la concentración de H2 O2 es 2000 mg L − 1 y el valor de pH inicial es 3. Para estas condiciones, 72% DQO, 90% color, Se obtuvieron eliminaciones de 87% de PO4-P y 28% de NH4-N. También se observó que el uso de una distancia entre los electrodos de 1,8 cm y 2,8 cm aumenta la e fi ciencia de la eliminación de DQO de forma significativa. Las características de sedimentación de los lodos residuales producidos por el método EF son bastante buenas.

INTRODUCCION

El lixiviado de vertederos contiene contaminantes orgánicos e inorgánicos en altas tasas. Si no se recolectan con cuidado y no se descargan de manera segura, pueden convertirse en una fuente potencial de contaminación que amenaza el suelo, las aguas superficiales y subterráneas. Por lo tanto, las sociedades modernas reconocen que los lixiviados de los vertederos son un problema ambiental importante [1, 2].

En el tratamiento de los lixiviados de los vertederos, se utilizan con frecuencia sistemas de tratamiento biológico. A pesar de que estos sistemas aseguran una alta eficiencia en la remoción de DBO, generalmente son insuficientes para degradar fracciones de alto peso molecular y decolorar [3]. En los viejos rellenos sanitarios, la cantidad de materiales orgánicos que tienen un alto peso molecular en el lixiviado es alta [4]. En el tratamiento de estas aguas residuales, por lo tanto, se utilizan sistemas de tratamiento combinados que incluyen muchos procesos como la descomposición aeróbica-anaeróbica, la oxidación química, la coagulación-fl oculación y la adsorción en lugar de los sistemas de tratamiento de un solo proceso [2, 5, 6].

En los últimos años se han aplicado métodos electroquímicos para el tratamiento de materiales orgánicos de alta toxicidad y baja degradabilidad biológica. Los métodos electroquímicos como la electrocoagulación (CE), la electrooxidación y la electrooxidación fotovoltaica se utilizaron con frecuencia para el tratamiento de aguas residuales de las industrias textil, de curtiduría y petrolera [7-11]. El tratamiento de los lixiviados de los vertederos mediante métodos electroquímicos es también otra área de interés importante. En la mayoría de los estudios en este campo, especialmente Se examinó el método de electro - oxidación. Con el fin de aumentar la e fi ciencia del método, se probaron materiales de ánodo (SPR, DSA, PbO2 / Ti, grafito, etc.) con alta actividad electrocatalítica y alto potencial de producción de oxígeno activo [12-14].

Hoy en día, los sistemas híbridos constan de diferentes procesos de oxidación, como la oxidación de Fenton (FO), la fotooxidación y la electrooxidación, que se utilizan con frecuencia para aumentar la e fi ciencia de los métodos electroquímicos. En particular, el método de electro-Fenton (EF), en el que la FO y la electrocoagulación se llevan a cabo juntas, produce resultados considerablemente buenos en el tratamiento de aguas residuales fuertes [2,15,16].

En general, hay dos aplicaciones EF diferentes. El primero de ellos es el sistema EF donde los reactivos de Fenton (Fe (II) y H2 O2) se añaden al reactor desde el exterior, y se utilizan electrodos inertes con alta actividad catalítica como material anódico. En el segundo, se agrega H2O2 desde el exterior y el Fe (II) se obtiene de los ánodos de sacrificio de hierro fundido. El método EF para el tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios se utilizó en los estudios realizados por Zhang et al. [17] y Lin y Chang [18] en la literatura. En los estudios realizados por Lin y Chang [18], este método fue probado como un proceso de pretratamiento junto con la coagulación química antes del tratamiento biológico. En el estudio, se utilizó un ánodo de hierro fundido como fuente de Fe (II) en el reactor y se añadió H2O2 desde el exterior. En las pruebas realizadas, solo se examinaron los efectos de la concentración inicial de H2 O2 y el pH inicial sobre la eliminación de DQO. En el estudio realizado por Zhang et al. [17], el reactivo de Fenton se añadió desde el exterior y se utilizaron electrodos de tipo Ti / RuO2 e IrO2 como material de ánodo. En el estudio, la e fi ciencia del método se determinó mediante el uso de parámetros de operación como la relación molar H2O2 / Fe, la distancia entre los electrodos y la densidad de corriente, etc.

En este estudio, se investigó en detalle la viabilidad del método EF, que ya era utilizado por Lin y Chang [18], para el tratamiento de lixiviados de rellenos sanitarios y condiciones óptimas de operación como pH inicial, concentración inicial de H2 O2, aplicada Se determinó la corriente continua, la distancia entre los electrodos y el tiempo de tratamiento. La eficacia del tratamiento del método se evaluó mediante la eliminación de DQO, color, PO4 -P y NH4 -N. Además, también se observaron los efectos de las condiciones de operación sobre la característica de sedimentación de los lodos residuales producidos por el método.

2. Enfoque teórico

FO es uno de los procesos de oxidación avanzados (AOP). En este método, el objetivo es producir radicales hidroxilo siguiendo la reacción entre los iones H2O2 y Fe (II) [19,20]. El radical hidroxilo es uno de los radicales libres más reactivos y puede degradar fácilmente los materiales orgánicos [21]:

Fe 2+ + H2 O → Fe3 + + OH− + • OH, k = 76 mol L −1 s − 1 (1)

En el método EF utilizado en este estudio, los iones Fe (II) se producen electroquímicamente a partir de ánodos de hierro fundido de sacrificio y también pueden regenerarse mediante las siguientes reacciones que propagan la eficiencia del método:

H2O2 + Fe3 + → Fe2 + + HO2 • + H + (2) Fe 3+ + HO2 • → Fe2 + + H + + O2 (3) Fe 3+ + e− → Fe2 + (4)

Si no se controla el pH de la solución en el reactor EF, el pH de la solución aumenta y luego se desarrolla la electrocoagulación como otro mecanismo de tratamiento en el que los iones Fe (II) y Fe (III) se convierten en estructuras de tipo Fe (OH) n dependiendo del pH. , y los contaminantes se eliminan por atracción electrostática y / o reacciones de complejación [22].

Aunque muchos de los mecanismos de tratamiento detallados anteriormente funcionan juntos, pueden tener lugar muchas reacciones de interferencia que limitan la eficacia del método EF. En estas reacciones, se consume peróxido de hidrógeno para oxidar los iones Fe (II) y se producen radicales HO2 • que tienen poca capacidad oxidante que la de • radicales OH:

H2O2 + • OH → HO2 • + H2 O (5) Fe 2+ + HO2 • → Fe3 + + HO2 - (6)

Además, las siguientes reacciones competitivas de electrodos pueden inhibir la reacción de Fenton para aplicar un alto nivel de corriente CC. Este fenómeno se considera otro factor importante en la disminución de la eficiencia del proceso de EF [17]. Las reacciones de interferencia se pueden reducir utilizando las proporciones adecuadas de Fe (II) / H2 O2 y Fe (III) / H2 O2 y el pH inicial:

2H2 O2 → 4H + + O2 + 4e− (7) 2H + + 2e− → H2 (8)

De acuerdo con lo mencionado anteriormente, las reacciones químicas que tienen lugar en el reactor EF son extremadamente complejas y su control es muy difícil. Por lo tanto, la determinación de las condiciones óptimas de funcionamiento tiene una gran importancia para aumentar la eficiencia del método EF.

3. Materiales y métodos

3.1. Materiales y métodos analíticos

El aparato experimental utilizado en este estudio consta de tres unidades principales: una fuente de alimentación de CC (Good Will 4303), un mezclador magnético digital

[pic 1]

(Heidolph MR 3002-4) y reactor EF (fabricado en vidrio pyrex, con un volumen de 1 L) (Fig. 1). En el reactor se utilizaron placas de ánodo y cátodo de hierro fundido, cuyas dimensiones son 4 cm x 5 cm, por pares. Las muestras tomadas del reactor se centrifugaron utilizando una centrífuga de la marca Nuve (NF 200).

En todos los experimentos se utilizaron productos químicos con grado analítico. Los valores de DQO y cloruro de las muestras se determinaron mediante el método de reflujo cerrado y el método AgNO3 descritos en los métodos estándar [23], respectivamente. Las mediciones de DBO5 se realizaron mediante un analizador de DBO Oxi-top (WTW). En las mediciones fotométricas, se utilizó el espectrofotómetro UV-visible Jenway 6105. La conductividad eléctrica (CE) se midió usando un medidor de conductividad WTW LF 330 y el valor de pH se midió usando un medidor de pH Orion 250A. En las mediciones de PO4 -P, NH4 -N, Fe (II) y Fe (III), se utilizaron kits de prueba calorimétrica de la marca Merck. Las mediciones del índice de volumen de lodos (SVI) se realizaron mediante el método indicado en los métodos estándar [23]. Los análisis de Cu, Zn, Pb, Cd y Ni se realizaron utilizando un espectrofotómetro de adsorción atómica (PerkinElmer 1100B).

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