Abstracto

Biotecnología-2013: Materiales de base biológica para el tratamiento de aguas residuales industriales - Tiina Leiviska

Tiina Leiviska, Anni Keranen, Osmo Hormi y Juha Tanskanen

El uso de biomateriales en el tratamiento del agua ha sido un tema de gran interés durante las últimas décadas. Estas materias primas naturales son atractivas porque se pueden obtener a partir de recursos renovables y confiables. Se pueden utilizar como materias primas, sustancias disponibles localmente, subproductos industriales e incluso materiales de diseño. En la mayoría de los casos, se requiere la modificación química de estas materias primas con el fin de mejorar su afinidad hacia las impurezas aniónicas. Por lo tanto, la biodegradabilidad de los productos no es evidente. Investigamos las sustancias de madera y corteza de árbol finlandesas, así como la turba, como materias primas en el entrenamiento de intercambiadores de aniones. Los intercambiadores de aniones se sintetizaron con epiclorhidrina, etilendiamina y trietilamina en presencia de N,N-dimetilformamida para producir intercambiadores de aniones potentes que funcionan en un amplio rango de pH. Los análisis elementales detectan un aumento considerable en el contenido de nitrógeno después de la modificación: de 0,8-1,6% a 9,1-9,8% en promedio. Esto indicó la unión de grupos amina a los biomateriales. El rendimiento de los intercambiadores se examina primero con soluciones de nitrato sintético, ya que la acumulación de nitratos en las aguas subterráneas es un problema creciente en todo el mundo. Se han logrado capacidades de sorción máximas de 24-30 mg/g para NO3 —N. La capacidad más alta se logró con aserrín de pino modificado. Es importante destacar que el aserrín de pino modificado mantuvo su capacidad de intercambio iónico de manera adecuada durante 5 ciclos de intercambio iónico, junto con un éxito de ciclos de desorción con cloruro de sodio. Los resultados del estudio sugieren que los materiales lignocelulósicos nórdicos pueden transformarse en intercambiadores de aniones. De manera similar, actualmente se están realizando evaluaciones de estas sustancias con aguas residuales industriales reales. La electrocoagulación fue propuesta por primera vez por Vik et al. 1, que describe una planta de tratamiento de aguas residuales en Londres construida en 1889 en la que se contrató el tratamiento electroquímico mediante la mezcla de aguas residuales domésticas con agua salada (de mar). En 1909, JT Harries recibió una patente para el tratamiento de aguas residuales mediante electrólisis utilizando ánodos de aluminio y hierro de sacrificio en los EE.UU. UU. 1. Matteson y cols. 2 definió el "coagulador digital", que disolvía electroquímicamente el aluminio del ánodo en una solución reactiva que interactuaba con los iones hidroxilo producidos en el cátodo para formar hidróxido de aluminio. Los hidróxidos floculaban y coagulaban los sólidos suspendidos, purificando el agua contaminada. Una técnica similar se utilizó en Gran Bretaña en 1956 2, en la que se utilizaron electrodos de hierro para tratar el agua de río contaminada. A partir de entonces,se observará una gran variedad de programas de agua y aguas residuales en una variedad de situaciones. En los primeros informes,La técnica de electrocoagulación se ha utilizado para eliminar sólidos en suspensión 2; metales pesados ??3; productos derivados del petróleo 4; color de soluciones que contienen colorantes 5; humus acuático 1; flúor del agua 6; y aguas residuales urbanas 7. En los últimos años, su aplicación se ha acelerado considerablemente y actualmente existe un gran interés en utilizar la electrocoagulación para el tratamiento de una variedad de efluentes que contienen metales, nutrientes, aceite de oliva, colorantes textiles, flúor, desechos poliméricos, contenido orgánico de lixiviados de vertederos, turbidez, desechos de pulido químico y mecánico, suspensiones acuosas de desechos ultrafinos, nitrato, desechos fenólicos y arsénico 8-15, además de aguas residuales municipales 16. En la revisión actual, se validó que la electrocoagulación se ha llevado a cabo con eficacia para la eliminación de elementos complejos únicos (que incluyen color, recalcitrancia y toxicidad) que no se pueden eliminar con éxito a través de técnicas de tratamiento convencionales. Hasta la fecha, la electrocoagulación se ha aplicado a una amplia variedad de aguas residuales industriales, lo que revela que la investigación anterior se ha centrado en la utilidad de la electrocoagulación para condiciones específicas y estudios de casos (plantas de tratamiento de aguas residuales y corrientes de desechos). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la optimización del sistema en la página web relacionada con el caso ha limitado el éxito y se necesita una estrategia más específica para predecir el rendimiento de la reacción a nivel global. Se espera que los mecanismos cambien a través del proceso, pero aún deben diagnosticarse los mecanismos dominantes y su papel. La falta de un enfoque metódico y esencial a nivel mecánico se ve compensada por la falta de similitudes en el diseño y la aplicación del reactor. Hasta el momento, no se han definido suficientes parámetros de ampliación y las escalas de los parámetros de operación varían según varios valores. Aparentemente, falta una estrategia lógica y sistemática para una experiencia esencial de electrocoagulación y, por lo tanto, se necesita un esfuerzo igualmente dedicado. Solo entonces podrá continuar la fase de diseño ideal, basada en sólidos conocimientos clínicos y de ingeniería, en terreno seguro. Es evidente que una gran variedad de mecanismos clave depende de unos pocos parámetros de funcionamiento. Sin duda, existen docenas de estudios de optimización de características, como por ejemplo para el pH y su aplicación moderna, para maximizar las eficiencias de eliminación, pero esos estudios de casos experimentales a menudo entran en conflicto con otras situaciones optimizadas localmente. En consecuencia,se debe evaluar un equilibrio entre varios elementos en competencia para ofrecer una base científica para situaciones de funcionamiento superiores a nivel mundial. A partir de los datos anteriores, también es evidente que la capacidad total del procedimiento de electrocoagulación como una oportunidad emergente de tratamiento de aguas residuales aún está por determinarse por completo. Hasta ahora, el proceso se ha optimizado empíricamente y, por lo tanto, requiere un mayor conocimiento crítico para el diseño de ingeniería avanzada y el software a gran escala. De manera similar, el proceso involucra un mecanismo de respuesta complicado, aún no completamente investigado, asociado con una variedad de fenómenos de superficie e interfaciales que limitan el factor de ingeniería y diseño de la electrocoagulación. Para un rendimiento general óptimo y un progreso futuro en la aplicación de esta nueva y progresiva era, se necesita proporcionar un mejor diseño de reactores, conocimiento y control de procesos. En esta revisión, se hizo especial énfasis en el diálogo de parámetros vitales del proceso, fundamentos y mecanismo de respuesta. Es evidente que esta enigmática tecnología comenzará a incursionar en el campo del tratamiento de aguas residuales debido a sus numerosos beneficios y las cambiantes necesidades estratégicas mundiales del agua.