Materiales de carbón preparados mediante activación química de lodos.

La presente invención se refiere a materiales preparados a partir de los lodos biológicos generados, por ejemplo, en las estaciones depuradoras de aguas residuales, mediante activación química con hidróxidos alcalinos y usando materia húmica, resinas fenólicas o suelo arcilloso como agente aglomerante

Materiales de carbón preparados mediante la activación química de lodos biológicos.

Sector de la técnica

El material desarrollado, preparado a partir de los lodos biológicos como los generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales mediante activación química con hidróxidos alcalinos y usando materia húmica, resinas fenólicas o suelo arcilloso como agente aglomerante, está enfocado, principalmente, a la eliminación de compuestos orgánicos y metales pesados de las aguas.

Estado de la técnica

Un problema ambiental muy importante que se deriva del tratamiento de las aguas residuales urbanas es la gestión de los lodos generados en los tratamientos primario y secundario de las mismas. Actualmente, para convertir su materia orgánica en sólidos estables, reducir la masa y volumen de agua y destruir los microorganismos patógenos, el lodo se concentra por sedimentación y coagulación-floculación. Este lodo, así concentrado, se puede tratar con cal como bactericida y exponerlo al sol para evaporar su agua, hacerlo pasar sobre filtros de arena, filtrarlo a vacío o centrifugarlo para eliminar una parte importante del agua. Sin embargo, ninguna de estas técnicas es completamente satisfactoria por sus costos y problemas técnicos. Existen múltiples alternativas distintas a la tradicional disposición de los lodos en monorellenos o rellenos sanitarios, las cuales apuntan hacia una valorización de estos biosólidos. Entre estas opciones destaca la incorporación al suelo, después de un proceso de estabilización, aprovechando sus altos contenidos de materia orgánica, fósforo, nitrógeno, potasio, entre otros. Otra alternativa viable es el tratamiento de los biosólidos mediante técnicas de compostaje, para su posterior uso en recuperación de suelos erosionados. Sin embargo, a pesar de las diferentes alternativas existentes para su valorización, la desconfianza que provoca la reutilización de lodos es innegable, debido, principalmente, a su alta concentración de organismos patógenos. Otra alternativa existente para llevar a cabo la valorización de estos residuos es la incineración, aprovechando su elevado poder calorífico. Esta opción, además de recuperar energía, permite reducir el volumen del residuo y, por consiguiente, el problema de su disposición final; sin embargo, existe la posibilidad de formación de dioxinas y productos de combustión incompleta, además de la concentración de los metales presentes en las cenizas.

La preparación de carbones activados a partir de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales es una alternativa muy interesante desarrollada recientemente, si bien los resultados obtenidos hasta la actualidad no han permitido el desarrollo comercial de los mismos debido a la baja resistencia mecánica de los materiales obtenidos. Así, solo se han podido obtener materiales de carbón en forma de polvo de muy difícil aplicación a escala real en el tratamiento de aguas contaminadas.

Objeto de la invención

El objeto de la presente invención consiste en la transformación de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales en un nuevo carbón activado. Este es un producto final de alto valor y demanda comercial, de gran capacidad adsorbente y elevada resistencia mecánica, que puede ser usado fácilmente a escala industrial en el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos orgánicos e inorgánicos.

Breve descripción de la invención

La presente invención consiste en nuevos materiales de carbón preparados a partir de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales mediante activación química con NaOH y usando, como agente aglomerante, materia húmica, resinas fenólicas o suelo arcilloso, así como su uso para la eliminación de contaminantes orgánicos y metales pesados de las aguas.

Descripción de las figuras

Figura 1. Isotermas de adsorción a 25ºC de tetraciclina (TC) sobre el carbón activado preparado en presencia y ausencia de agentes aglomerantes mediante activación química de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras. (◊enge), indica carbón Cl; (Box) indica carbón CH; (triangle) indica carbón CR y (o) indica carbón CAR.

Figura 2. Curvas de rotura de las columnas correspondientes a la adsorción de tetraciclina (TC) sobre carbones activados preparado en presencia de agentes aglomerantes mediante activación química de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras. T 25ºC, pH 7, [tetraciclina]_inicial = 20 mg/L. (Box), representa la adsorción sobre el carbón CH; (triangle), representa la adsorción sobre el carbón CR; (o), indica la adsorción sobre el carbón CAR.

Descripción detallada de la invención

La preparación de los nuevos materiales de carbón se obtiene a partir de lodos biológicos, como los generados en estaciones depuradoras de aguas residuales, mediante un proceso que comprende:

- Activación química utilizando un hidróxido alcalino, preferentemente NaOH.

- Mezclado de los lodos activados con materia aglomerante, preferentemente materia húmica, resinas fenólicas o suelo arcilloso.

- Carbonización del material resultante en una atmósfera de N₂, preferentemente a una temperatura superior a 600ºC.

- Lavado con agua del sólido obtenido.

- Tamizado del producto resultante.

Con este proceso se obtienen nuevos materiales de carbón caracterizados por presentar una elevada hidrofobicidad superficial y gran contenido en grupos químicos superficiales, propiedades que los convierten en materiales idóneos para poder ser utilizados como agentes adsorbentes en la eliminación de contaminantes orgánicos y metales pesados de las aguas.

Modos de realización

Se propone distintas formas de obtener nuevos materiales de carbón a partir de lodos biológicos mediante activación química con NaOH, que presentan diferentes características según la materia aglomerante utilizada como agente aglomerante, entre las que se encuentran materia húmica, resinas fenólicas o suelo arcilloso.

Los nuevos materiales de carbón se obtienen a partir de los lodos biológicos generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales mediante activación química con NaOH y usando, como agente aglomerante, materia húmica, resinas fenálicas o suelo arcilloso. Posteriormente, esta mezcla se carboniza en una atmósfera de N₂ a 700ºC y finalmente, el sólido obtenido se lava con agua en un Soxlet, hasta mantener su conductividad constante, y se tamiza hasta obtener el diámetro de partícula necesario, preferentemente entre 0,6 y 1 mm de diámetro.

Las muestras obtenidas se denominarán como:

La caracterización química y textural de los materiales obtenidos se presenta en la Tabla 1. De forma general, los materiales obtenidos (CR, CH, CAR) se caracterizan por presentar un valor de área superficial relativamente bajo si se compara con el valor obtenido para el carbón activado comercial Merck, una elevada concentración de grupos funcionales oxigenados y una naturaleza química superficial básica. Además, es interesante destacar que la adición de agente aglomerante durante el proceso de activación química no modifica considerablemente las propiedades texturales del carbón activado obtenido.

Los resultados presentados en la Tabla 1 muestran que los materiales obtenidos al utilizar como aglomerante la materia húmica (CH) o resina fenólica (CR) presentan un área superficial comprendida entre 150 y 170 m²/g y un volumen de microporos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para preparación de materiales de carbón a partir de lodos biológicos que comprende: