Método y sistema de eliminación de microcontaminantes orgánicos de las aguas mediante radiación gamma y carbón activado.

Se propone un método de tratamiento de aguas basado en el uso simultáneo de carbón activado y radiación gamma que permite reducir la energía y el coste necesario para eliminar los microcontaminantes presentes en aguas destinadas a consumo humano, o bien en efluentes industriales, así como para aumentar la efectividad en la depuración de aguas. Ambos métodos, radiación gamma o carbón activado, son sistemas de tratamiento utilizados, comúnmente por separado, en la depuración de aguas, por lo que el nuevo sistema depurativo propuesto, basado en el uso simultáneo de radiación gamma y carbón activado es de fácil aplicación y bajo coste de implementación.

MÉTODO Y SISTEMA DE ELIMINACiÓN DE MICROCONTAMINANTES ORGÁNICOS DE LAS AGUAS MEDIANTE RADIACiÓN GAMMA Y CARBÓN ACTIVADO

DESCRIPCiÓN

La presente invención propone un método y un sistema de tratamiento basado en el uso simultáneo de radiación gamma y carbón activado para la eliminación de microcontaminantes orgánicos presentes en aguas.

CAMPO DE LA TÉCNICA

El nuevo sistema de tratamiento propuesto está destinado principalmente a la depuración de aguas destinadas a consumo humano y efluentes industriales.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El hecho de la existencia de contaminantes que resisten a las tecnologías convencionales empleadas en su eliminación ha originado la necesidad de desarrollar nuevas tecnologías destinadas tanto al tratamiento de aguas residuales industriales y/o municipales, como a las aguas usadas para consumo. Es precisamente dentro de este contexto donde surge el uso de las radiaciones ionizantes como una alternativa a los tratamientos convencionales (ozono, cloro, permanganato y r.adiación ultravioleta) ya que las radiaciones ionizantes pueden degradar tanto los compuestos tóxicos orgánicos como inorgánicos y los contaminantes biológicos. Como fuentes de radiaciones ionizantes se pueden emplear emisores de radiación gamma, entre los que destacan los radionucleidos 60Co y 137Cs, o bien aceleradores de electrones. El empleo de éstos últimos han experimentado un gran auge, ya que su uso se ha mostrado como una alternativa eficaz y económica en el tratamiento de efluentes industriales en los que las tecnologías convencionales no han proporcionado buenos resultados [IAEA (2004) . "Nuclear technology review." International Atomic Energy Agency}, [IAEA (2004) . "Status of industrial scale radiation treatment of wastewater and its future." International Atomic Energy Agency}, [IAEA (2007) . "Radiation Processing: Environmental Applications." International Atomic Energy Agency], [IAEA (2008) . "Radiation treatment of polluted water and wastewater." International Atomic Energy Agency]

Los Procesos de Oxidación Avanzada (OjH20 2, UV/H20 2, Fenton, Foto-Fenton) implican la generación in situ de radicales libres muy reactivos, principalmente el radical HO·, que reaccionan con los contaminantes, degradándolos e, incluso, puede llegar a mineralizarlos. En algunos casos, la vía oxidante es muy lenta, siendo más favorable el empleo de radicales reductores como es el caso de los electrones solvatados (eaq-) o los radicales hidrógeno (HO) ; de aquí que se plantee el tratamiento de las aguas contaminadas con radiaciones ionizantes como una alternativa muy atractiva, ya que la irradiación del agua da lugar a la formación simultanea de especies radicalarias oxidantes y reductoras. Este hecho posibilita que su uso sea adecuado en el tratamiento de aguas contaminadas con una amplia variedad de contaminantes.

Desde 1901 se sabe que la radiación es capaz de descomponer el agua, y es precisamente en este hecho en el que se basa el tratamiento de las aguas con radiaciones ionizantes, ya que al exponer las moléculas de agua a haces de partículas másicas u ondas electromagnéticas de alta energía (Rayos y, rayos X o aceleradores y generadores de haz de electrones) , se produce su ionización y excitación, lo que da lugar a la formación de electrones altamente reactivos, iones radicales y radicales neutros que reaccionan con los solutos presentes en el agua. Hay que señalar que las aguas residuales se caracterizan por tener altas concentraciones de solutos pero, desde el punto de vista de la interacción de las radiaciones ionizantes, se consideran soluciones diluidas, y por tanto, la práctica totalidad de la energía suministrada se depositará en la molécula de agua, siendo despreciable la energía depositada sobre las moléculas de soluto. La interacción de las radiaciones ionizantes con las moléculas de agua da lugar a su rotura, generándose especies altamente reactivas:

H2 0 ~[2.8]HO· + [2.7]e;q + [0.6]H" + [0.72]H 2 0 2 + [2.7]H3 0+ + [0.45]H 2

Donde los valores entre corchetes nos indican el número de moléculas que se han formado cuando se absorbe una energía de 100 eV, es decir, el rendimiento radioquímico medio del proceso, G-value, para un rango de pH 6.0-8.5 Y estando el 10 medio libre de aire (Buxton, G. V., C. L. Greenstock, et al. (1988) . "Critica/ Review of rate constants for reactions of hydrated e/ectrons, hydrogen atoms and hydroxy/ radica/s (HO·/O·-) in Aqueous So/ution." Journa/ of Physica/ and Chemica/ Reference Data 17 (2) : 513-886) . Por tanto, en el medio tendremos especies radicalarias oxidantes (HO·) y reductoras (H·, e-aq ) que reaccionarán con el compuesto a tratar, facilitando su degradación por vía oxidante y/o reductora. Sin embargo, el papel que desempeña la presencia de carbón activado o bien carbón activado durante la irradiación de aguas contaminadas con microcontaminantes orgánicos es un área de investigación totalmente inexplorada en la actualidad, no conociéndose ninguna publicación relacionada con este tema.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1. Gráfica que representa la evolución de la concentración de citarabina (CAlCAo) en función del tiempo de tratamiento mediante radiación 25 gamma/carbón activado, T= 25 oC, pH = 7, [Citarabina]o = 50 mg/L, masa de carbón = 1 mg, V= 5 ml. Las líneas representan el modelo cinético de primer orden.

Figura 2. Gráfica que representa el porcentaje de degradación de citarabina mediante adsorción, radiación gamma y radiación gamma-carbón activado.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

El objeto de esta invención es un método de tratamiento de aguas basado en el uso simultáneo de carbón activado y radiación gamma. Este método surge con el fin de reducir la energía y el coste necesario para eliminar los microcontaminantes presentes en aguas destinadas a consumo humano, o bien en efluentes industriales, así como para aumentar la efectividad en la depuración de aguas. Ambos métodos, radiación gamma o carbón activado, son sistemas de tratamiento utilizados, comúnmente por separado, en la depuración de aguas, por lo que el nuevo sistema depurativo propuesto, basado en el uso simultáneo de radiación gamma y carbón activado es de muy fácil aplicación y bajo coste de implementación. Además, la utilización de radiación gamma como alternativa a los sistemas de oxidación avanzada para la generación de radicales en el medio es muy atractiva ya que evitaría la adición de reactivos al medio reduciendo por tanto el coste del tratamiento depurativo.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

El método planteado consiste en adicionar bajas concentraciones de carbón activado durante el proceso de irradiación de las aguas destinadas a consumo humano o efluentes industriales. Posteriormente, el carbón activado adicionado será eliminado de las aguas tratadas en la etapa de floculación o precipitación, o bien mediante las membranas correspondientes. La presencia del carbón activado en este sistema provoca la generación de una mayor concentración de especies radicalarias de gran poder oxidante, potenciando, de este modo, la eliminación de los microcontaminantes orgánicos presentes en las aguas. Los resultados obtenidos muestran que, además del papel catalizador desempeñado por el carbón activado potenciando la generación de radicales OH· y, con ello, la mineralización de la materia orgánica a CO2, éste también presenta un papel adsorbente, reduciendo considerablemente la concentración de materia orgánica disuelta y la alcalinidad de las aguas tratadas.

Al comparar estos métodos basados en el uso simultáneo de radiación gamma y carbón activado (radiación gamma/carbón activado) con los sistema de oxidación avanzada tradicionales, basados en el uso conjunto de UV/H20 2 o O:!H20 2, se ha observado que los métodos propuestos presentan una eficacia muy superior en el proceso de generación de radicales altamente oxidantes, responsables directos del incremento en la velocidad de eliminación de los microcontaminantes orgánicos.

Además, a diferencia del proceso basado en el uso de O:!H20 2, el método propuesto reduce la concentración de materia orgánica disuelta y la alcalinidad (COl" y HC03-) de las aguas tratadas, incrementando, con ello, la aplicabilidad del método.

La presencia de carbón activado durante el tratamiento de eliminación de contaminantes orgánicos del medio mediante el proceso basado en el uso exclusivo de radiación gamma, a diferencia de lo que se podía prever, mejora, considerablemente, la eficiencia de los mismos,... [Seguir leyendo]

1. Método de tratamiento de aguas caracterizado por utilizar radiación gamma y carbón activado simultáneamente.

5 2. Método de tratamiento de aguas, según la reivindicación 1, caracterizado por que emplea carbón activado ozonizado.

3. Método de tratamiento de aguas, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la dosis de carbón activado introducida está comprendida entre 1 y 250 mg/L.

10 4. Método de tratamiento de aguas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una etapa de precipitación o floculación posterior.

5. Método de tratamiento de aguas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un tratamiento de separación posterior basado 15 en el uso de membranas.