Aplicación de lodos rojos como catalizador en procesos de oxidación avanzada utilizando radiación solar

Abstract

El objetivo de esta investigación fue evaluar el uso de los lodos rojos (LR) como catalizador en los procesos de oxidación avanzada (POA), utilizando radiación solar sobre efluentes provenientes del tratamiento de mejoramiento de crudos pesados y extrapesados, y para ello se caracterizó las propiedades fisicoquímicas de los LR mediante técnicas analíticas como fluorescencia de rayos X (FRX), difracción de rayos x (DRX), microscopia electrónica de barrido y espectroscopia de dispersión de energía de rayos x (SEM-EDX), espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) e Isotermas de absorción de desorción de N2 con el método BET, con el fin de conocer su posible aplicación en el tratamiento de aguas por POA. Se estudió la evaluación de la degradación de una molécula modelo mediante POA, utilizando radiación solar y LR como catalizador. El seguimiento de la reacción se realizó mediante técnicas analíticas como demanda química de oxigeno (DQO), pH y concentración de fenol, además se identificaron los productos de la oxidación de fenol a través de cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC). También se estudió el potencial catalítico de los LR y la radiación solar en la degradación de aguas agrias, mediante POA no fotoquímico y fotoquímico. La muestra del efluente se caracterizó midiendo el pH, la conductividad, la turbidez y la DQO; la concentración de hidrocarburos totales de petróleo TPH y la concentración de cloruros. Se aplicó para la determinación de metales Espectroscopia de Plasma Inducido Acoplado a Masa (ICP-MS) y la concentración de sulfuros mediante la norma ASTM D4658-03. Se aplicó un diseño de experimento tipo factorial 22 con una réplica (DDEAA3), y un diseño de experimento del tipo factorial 22 con dos puntos al centro (DDEAA4). Al agua tratada se le determinó pH, conductividad, DQO, TPH y la concentración remanente de peróxido de hidrógeno (H2O2). La identificación de los iones generados se realizó mediante un Cromatógrafo Iónico (IC). Los sólidos se analizaron mediante DRX, FTIR, y LECO carbono/azufre. Se realizaron pruebas ecotoxicológicos estáticas bajo la norma USEPA OPPTS 850.1075(1996), con la especie Poecilia reticulata como bioindicador y se realizó la simulación de biorreactor de oxidación con lodo activado en el laboratorio. Como resultados se tiene que el LR tratado mediante neutralización y calcinación a 400 ºC, permitió obtener fases cristalinas fotoactivas en la superficie del lodo rojo tratado como hematita, anatasa, entre otros, típicas de POA fotoquímicos como Fe+3 y fotocatalíticos como Ti y Mn, la superficie específica del lodo rojo se elevó en un 290%. El catalizador altamente activo para la degradación de fenol, fue el LRS400, obteniendo una remoción de DQO y fenol del 94,16 y 99,71 % respectivamente. La identificación por HPLC de los productos de la oxidación de fenol fueron: ácido oxálico, fórmico, acético e hidroquinona. En cuanto a la oxidación de las aguas agrias el DDEAA3 se aplicó POA no fotoquímico y luego fotoquímico solar, obteniéndose una reducción de la DQO en un 91,7% y en el TPH de 100%. Para el DDEAA4 se aplicó solo POA fotoquímico solar y se obtuvo una reducción del 88,95% de DQO y 100% para TPH. En la evaluación ecotoxicológica de los efluentes petroleros primero se simuló experimentalmente el biorreactor de la PTAR en combinación con el agua agria fototratada obteniendo un resultado combinado de 98,77% de reducción de la DQO. En las pruebas ecotoxicológicas con el agua agria fototratada el modelo Probit de mortalidad arrojó un LC50 de 0,26% y cuando se combina POA solar y oxidación biológica el efluente no tiene efecto negativo sobre los bioindicadores. En el estudio de impacto ambiental resultó que la reacción POA con lodo rojo como catalizador es capaz de reducir los niveles de riesgo ambiental de 5 a 2 de las aguas agrias.