Eliminación de metales pesados en aguas mediante bioadsorción. Evaluación de materiales y modelación del proceso.

Resumen

Una de las principales fuentes de contaminación de las aguas es el vertido de efluentes insuficientemente depurados, razón por la que el control de vertidos ha centrado gran parte de las actuaciones legislativas de las administraciones competentes en esta materia. Las técnicas convencionales de depuración de metales pesados presentan dificultades para lograr el cumplimiento de los límites de vertido siendo necesaria la búsqueda de técnicas alternativas para reducir estas emisiones. En este sentido, la investigación en bioadsorción ha mostrado en los últimos años el potencial de esta tecnología para el tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados. El objetivo de la tesis doctoral es el estudio de la bioadsorción como tecnología para el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con metales pesados utilizando Posidonia oceanica y turba como bioadsorbentes. Para ello se ha implementado una metodología dirigida al desarrollo de una herramienta de predicción del proceso de bioadsorción en lecho fijo y a la evaluación de la potencial aplicación del proceso a nivel industrial. La presentación de resultados se inicia con el estudio experimental dirigido a la evaluación del uso de la Posidonia oceanica y de la turba para la eliminación de cobre en aguas. Tras determinar las características físico-químicas de ambos bioadsorbentes, se han evaluado los mecanismos de interacción con el cobre. Se presenta la caracterización del equilibrio de adsorción tanto en discontinuo como en la operación dinámica en columnas de lecho fijo. El empleo de una técnica de estímulo-respuesta ha permitido determinar los valores del coeficiente de dispersión hidrodinámica y su variación con la velocidad intersticial del fluido en lechos de ambos bioadsorbentes. La presencia de agentes complejantes en las aguas residuales puede ocasionar interferencias en los tratamientos de depuración convencionales. Por ello, se analiza el efecto de la presencia de EDTA, seleccionado como agente complejante típico, sobre el rendimiento del proceso. Asimismo, se analiza la reutilización de los bioadsorbentes en ciclos consecutivos de adsorción-desorción. A continuación se presenta el modelo matemático desarrollado con el fin de obtener una herramienta para la simulación de la bioadsorción de metales pesados en columna de lecho fijo. La calibración del modelo se ha realizado utilizando los datos de los ensayos de bioadsorción de cobre en columna de lecho fijo sobre Posidonia oceanica y sobre la turba, y ha permitido la estimación del coeficiente de transferencia de materia interna en estos sistemas. Con la validación del modelo, realizada a partir de experimentos independientes a los utilizados en la fase de calibración, se corroboran las hipótesis del modelo. Asimismo, se incluye un análisis de sensibilidad del modelo mostrando la influencia del coeficiente de dispersión hidrodinámica y del coeficiente de transferencia de materia interna sobre los resultados de las predicciones del modelo. El trabajo se completa con ensayos realizados en el marco de un proyecto de investigación aplicada, financiado por el Instituto Tecnológico Metal-Mecánico (AIMME) para evaluar la aplicación de la tecnología en el sector de tratamiento de superficies. Se presenta un estudio comparativo del rendimiento de la operación sobre diversos materiales incluyendo la Posidonia oceanica y la turba, otros bioadsorbentes (chitosan y chitín) y dos carbones activados comerciales, utilizando cobre o níquel como metales pesados de referencia en las aguas residuales de este sector. El estudio incluye la evaluación de la bioadsorción para el tratamiento de aguas residuales aportadas por una empresa del sector de tratamiento de superficies metálicas. Por último, se analizan los resultados del estudio de una configuración de columnas en serie utilizando un lecho de bioadsorbente seguido de un lecho de carbón activado como alternativa para el tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados en presencia de agentes complejantes.