Reducción de la concentración de alcoholes en las aguas del proceso de producción de Xantatos por el método Electro-Fenton

Abstract

Varios estudios realizados por especialistas independientes y de organismos internacionales indican que cada vez existe menos agua disponible para el consumo humano. Por ejemplo, el informe de la UNESCO sobre el desarrollo de recursos hídricos del 2018, indica que el uso global del agua se ha multiplicado por seis en los últimos 100 años (Wada, y otros, 2016). El objetivo de la investigación, es reducir el contenido de materia orgánica, principalmente alcoholes que están presentes en las aguas de proceso de la empresa Reactivos Nacionales S.A. Se desea reutilizar estas aguas en otros procesos y descargar las aguas al sistema de alcantarillado cumpliendo con los valores máximos admisibles que la legislación vigente permite según el DS-010-2019-Vivienda. Para ello se realizará el tratamiento de las aguas mediante una de técnica de oxidación avanzada, denominada Electro Fenton (una de las familias de este método). Este método reduce el contenido de alcohol. El alcohol se medirá mediante la demanda Química de Oxígeno o DQO. El agua a tratar se ha extraído del circuito de bombas de vacío de la unidad de secado de la planta de RENASA, ubicada en la provincia constitucional del Callao. El mecanismo de oxidación avanzada consiste en la generación de radicales hidroxilos, los cuales son unas especies químicas muy oxidantes. La generación de estos radicales es a través del proceso Fenton, mediante la reacción del peróxido de hidrógeno y el hierro en forma iónica (Fe2+). Los radicales hidroxilos generados reaccionan con los alcoholes presentes en el agua. El hierro (Fe2+) o catalizador, se obtiene de la oxidación de los ánodos de hierro en la celda electroquímica. Las pruebas se realizan por lotes, con un volumen de muestra de 5 litros. Durante las pruebas se analiza: pH, DQO, turbidez y conductividad. Para que se pueda desarrollar una reacción Fenton, debe contarse con un pH ácido. Algunos autores recomiendan un pH dentro de un rango de 3 y 5,5 (Chiarenzelli, Scrudato, Wunderlich, & Pagano, 2001). Esto se debe a que un pH ácido permite tener a las especies Fe2+ estables, en cambio a pH mayores pueden formarse otras especies como el FeOH+. Las pruebas se hicieron usando un recipiente de plexiglass de 5 Litros de capacidad. Los electrodos usados son placas de hierro (Fe2+) de 15 cm x 13,3 cm colocadas en la celda electroquímica a una distancia de 3 cm. Se trabajaron con valores de densidad de corriente de J1= 45,9 A/m2; J2 = 83,5 A/m2; J3=121,1 A/m2. La densidad de corriente influye directamente en la generación de los iones Fe2+, sin embargo, no existe una relación directa entre la densidad de corriente y la remoción de DQO, ya que depende también de la cantidad de H2O2, que deben estar en una relación adecuada para generar los radicales *(OH). Con los resultados obtenidos se plantea un esquema de procesos, se indican los equipos principales y se realiza el análisis económico de los costos operativos y de la inversión.

Several studies by independent specialists and international organizations indicate that there is less and less water available for human consumption. For example, the UNESCO report on the development of water resources in 2018 indicates that global water use has multiplied by six in the last 100 years (Wada, et al., 2016). The objective of the research is to reduce the content of organic matter, mainly alcohols that are present in the process waters of the company Reactivos Nacionales S.A. It is desired to reuse these waters in other processes and discharge the waters to the sewage system complying with the maximum admissible values that current legislation allows according to DS-010-2019. For this reason, the water treatment will be carried out using an advanced oxidation technique, called Electro Fenton (One of the families of this method). This method reduces the alcohol content. Alcohol will be measured by Chemical Oxygen Demand or COD. The water to be treated has been extracted from the vacuum pump circuit of the drying unit of the RENASA plant, located in the constitutional province of Callao. The advanced oxidation mechanism consists of the generation of hydroxyl radicals, which are highly oxidizing chemical species. The generation of these radicals is through the Fenton process, through the reaction of hydrogen peroxide and iron in ionic form (Fe2+). The generated hydroxyl radicals react with the alcohols present in the water. The Iron (Fe2+) or catalyst, is obtained from the oxidation of the iron anodes in the electrochemical cell. The tests are carried out in batches, with a sample volume of 5 liters. During the tests: pH, COD, turbidity and conductivity are analyzed. For a Fenton reaction to develop, the simple must have an acidic pH. Some authors recommend pH within a range of 3 and 5,5 (Chiarenzelli, Scrudato, Wunderlich, & Pagano, 2001). This is because an acidic pH allows the Fe2+ species to be stable, while at higher pH other species such as FeOH + can be formed. The tests were done using a 5-liter plexiglass container. The electrodes used are 15 cm x 13,3 cm iron plates (Fe2+) placed in the electrochemical cell at a distance of 3 cm. It has been worked with the current density values of: J1 = 45,9 A / m2; J2 = 83,5 A / m2; J3 = 121,1 A / m2. The current density directly influences the generation of Fe2+ ions, however there is no direct relationship between current density and COD removal, since it also depends on the amount of H2O2, which must be in a suitable relationship to generate the radicals *(OH). With the results obtained, a process scheme is proposed, the main equipment is indicated and the economic analysis of the operating and investment costs is carried out.