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Un análisis completo de un efluente real que conduzca a un resultado concluyente incluiría pues la evaluación de varios procesos o combinaciones de los mismos y un seguimiento no sólo de la mineralización sino también de otras variables importantes como la toxicidad y biodegradabilidad, evolución de intermedios de reacción, análisis económico y de impacto ambiental, etc.; tarea que requiere de tiempo, esfuerzo y una alta especificidad técnica.

No obstante y dado que las aguas de un mismo origen siguen comportamientos similares, un buen punto de partida para tratar un agua real de naturaleza conocida es realizar una búsqueda bibliográfica considerando la posibilidad de combinación de los procesos más efectivos y descartando los más caros e ineficientes.

A continuación se comentan algunos aspectos destacables del tratamiento de aguas industriales reales según su origen.

Industrias textil y papelera (DQO: 100 – 2000 mg/L)

Muchos de estos efluentes presentan una fracción biodegradable significativa y una toxicidad baja y por tanto son susceptibles de ser inicialmente tratados mediante un proceso biológico convencional (Oeller et al., 1997; Arslan et al.; 2001, Bes-Pia et al., 2003; Lim et al., 2004; Meric et al., 2005). Sin embargo, estos procesos biológicos no suelen ser efectivos para alcanzar los límites de descarga impuestos a nivel legislativo ya que no son capaces de eliminar ciertos compuestos persistentes o reducir el color, hecho que obliga a aplicar un tratamiento posterior que incluya un PAO. En otros casos, la presencia de sustancias no biodegradables con elevada toxicidad impide una etapa biológica inicial, requiriendo un tratamiento específico del efluente bruto (Ahn et al., 1999; Bertanza et al., 2001; Wang et al., 2008; Wang et al., 2009). En cualquiera de los casos (efluentes biotratados o sin tratar), los PAO más eficientes han resultado ser la fotocatálisis heterogénea (TiO2/UV) y la homogénea

(foto-Fenton). Considerando todos los estudios realizados, la mejor opción de tratamiento es una combinación de PAO y proceso biológico ya que la mayoría de los PAO ensayados son capaces de incrementar la biodegradabilidad del agua inicial, por lo que no es tan importante alcanzar un elevado grado de mineralización sino aumentar la biodegradabilidad del efluente (Bertanza et al., 2001; Sarria et al., 2003; Fongsatitkul et al., 2004). Incluyendo en el proceso combinado un tratamiento terciario físico-químico de filtración o intercambio iónico es posible obtener un efluente con calidad de reuso para empleo en la propia industria (Lin y Chen, 1997; Marcucci et al., 2002; Bes-Pia et al., 2003). Como ejemplo de tratamiento que combina los tres tipos de procesos destaca el estudio realizado por Ahn et al. en 1999 ya que se consigue una reducción del 99.5% de la DQO inicial (del orden de g/L) mediante una combinación de procesos de Fenton, filtración en carbón activo y biotratamiento en lecho fijo.

Lixiviado de vertedero (DQO: 1 – 10 g/L)

Al igual que ocurre con los efluentes de las industrias textil y papelera, ciertos lixiviados de vertedero también pueden ser biotratados en una primera etapa ya que contienen una fracción biodegradable relevante (Bae et al., 1997; Barratt et al., 1997; Kang et al., 1999; Urtiaga et al. 2009; Wang et al., 2009). Como ya se ha señalado, estos procesos son útiles para eliminar una porción de la carga orgánica a un coste más bajo, pero no son suficientes para lograr la descontaminación del agua. Por ello, se precisa de un tratamiento posterior.

En otros casos este pretratamiento biológico no es posible dada la naturaleza no biodegradable del efluente inicial (Lopez et al., 2004; Rivas et al., 2004; Kurniawan et al., 2006; Gotvain et al., 2009). Los PAO más efectivos para tratar este tipo de efluentes (biotratados y sin tratar) son el Fenton y el foto-Fenton; capaces de aumentar la biodegradabilidad del agua, planteándose como tratamientos previos a un reactor biológico convencional. En los últimos años los procesos electroquímicos se han descrito como especialmente efectivos para reducir la carga orgánica de los lixiviados, con la ventaja adicional de que la naturaleza salina del efluente permite un funcionamiento correcto del proceso sin tener que añadir electrolito para alcanzar la conductividad que precisan estos procesos (Altin, 2008; Atmaca, 2009; Urtiaga et al., 2009). En determinados estudios, los tratamientos físico-químicos de coagulación-floculación han resultado especialmente útiles para este tipo de efluentes, ya que son capaces de eliminar un porcentaje considerable de la DQO (Kang y Hwang, 2000; Rivas et al., 2004; Wang et al., 2009). Como ejemplo de tratamiento combinado que incluye procesos de los tres tipos cabe destacar el estudio en planta piloto realizado por Wang et al. en 2009 en el que se parte de un efluente biotratado con una DQO inicial de entre 600 y 700 mg/L. El proceso combinado incluye tres etapas en las que se logra reducir el 88.5% de la DQO de partida. En primer lugar al efluente se le aplica una etapa de coagulación con cloruro poliférrico seguida de una reacción de Fenton para finalmente ser tratado en un biorreactor de filtros aerobios, obteniéndose una reducción de la DQO del 66.7%, 18.8% y 3% en cada fase, respectivamente. El trabajo incluye también una evaluación económica del proceso global, en la que el coste resulta ser razonable para este tipo de residuo (0.6 $/m3).

Recientemente se han publicado tres revisiones bibliográficas interesantes acerca del tratamiento de lixiviado de vertedero. Dos de ellas versan acerca de la aplicación de los procesos de Fenton, foto-Fenton y electro-Fenton para la descontaminación de este tipo de efluentes (Deng y Englehardt, 2006, Umar et al., 2010); y la tercera y más interesante considera como alternativas diferentes tipos de procesos (físico-químicos, biológicos y PAO) así como algunas combinaciones de los mismos (Wiszniowski et al., 2006).

Alpechín (DQO: 3 – 90 g/L)

Dada la complejidad y la elevada carga orgánica de este tipo de efluentes, un tratamiento eficaz requiere de una combinación de varios procesos dependiendo de la naturaleza concreta de cada agua. En general, este tipo de aguas presentan carácter no biodegradable debido al elevado contenido de fenoles (>5 g/L), por lo que no puede aplicarse un tratamiento biológico como primera etapa. En muchos casos, los pretratamientos físico- químicos empleados (coagulación, floculación y filtración) son capaces de eliminar un porcentaje considerable de la DQO inicial (Bettazi et al., 2007; Gernjak et al., 2007; Mert et al., 2009) antes de proceder a la aplicación del PAO. De entre los PAO el Fenton, el foto-

Fenton y el O3/UV se han descrito como los más adecuados, ya que además de producir un

grado de mineralización significativo dan lugar a un aumento de la biodegradabilidad del agua inicial, pudiendo emplearse como paso previo a un reactor biológico convencional. Cabe destacar los estudios publicados por Beltran-Heredia et al. en 2001 y 2005 acerca del tratamiento de un mismo efluente con una carga orgánica muy elevada (DQO: 95 g/L). En el primer estudio emplean una combinación de PAO (Fenton y O3) y tratamiento biológico

aerobio con resultados favorables (81% reducción de la DQO). No obstante, el tratamiento resulta más eficiente planteando una etapa previa de digestión anaerobia en la que se elimina un 81% de la DQO inicial y un posterior tratamiento terciario mediante ozono en el que la DQO se puede reducir un 10% más, con la ventaja añadida de la producción de metano durante el proceso global. Esto prueba que a pesar del conocimiento previo, es necesario realizar estudios concretos para cada efluente particular.

Industria farmacéutica (DQO: 100 – 10000 mg/L)

Los tratamientos más empleados para este tipo de efluentes son combinaciones de procesos biológicos y PAO. Entre los PAO ensayados destacan el foto-Fenton y el O3. Como ya se ha

indicado, los PAO son capaces de aumentar la biodegradabilidad del agua inicial por lo que se han empleado de manera exitosa como tratamiento previo a un proceso biológico con efluentes de la industria farmacéutica (Tekin et al., 2007; Oller et al., 2007). A pesar de contener compuestos recalcitrantes, estas aguas pueden poseer también una fracción biodegradable significativa, por lo que el proceso biológico puede ser aplicado en primer lugar aumentando la eficiencia y reduciendo los costes del tratamiento global como muestran los estudios realizados por Sirtori et al. (2009a; 2009b). En otro caso, la mejor opción ha resultado ser una integración de proceso biológico y PAO. En el trabajo de Mascolo et al. (2009) se comparan tanto la aplicación de un MBR y una etapa de ozonación posterior como la integración de ambos procesos para el tratamiento de un agua de 4400 mg/L de COD0

conteniendo 155 mg/L de aciclovir, fármaco antiviral. Ambos procesos consiguieron reducir el 99% del COD inicial. Sin embargo, una evaluación analítica detallada resolvió que el sistema integrado es más adecuado para asegurar la calidad del tratamiento. Si el PAO se emplea como postratamiento se generan algunos subproductos que permanecen en el efluente final. En el caso del sistema integrado cíclico, los compuestos generados en la etapa de ozonación son nuevamente biodegradados en la etapa biológica.

Fabricación de corcho y madera (DQO: 1000 – 5000 mg/L)

En este ámbito los PAO más exitosos son el Fenton y el foto-Fenton, siendo capaces de aumentar la biodegradabilidad de los efluentes iniciales y pudiendo emplearse como pretratamiento antes de un proceso biológico (Guedes et al., 2003; Peres et al., 2004; Vilar et al. 2009).

Curtido de pieles (DQO: 2000 – 4000 mg/L)

En este tipo de efluentes los PAO ensayados (fundamentalmente Fenton) también elevan la biodegradabilidad del agua inicial haciendo posible la combinación entre PAO y procesos biológicos (Vidal et al., 2004; Tambosi et al., 2006). No obstante, estas aguas también pueden poseer una importante fracción biodegradable por lo que el tratamiento biológico podría realizarse en primer lugar. En los estudios llevados a cabo por Di Iaconi et al. (2003, 2009) se emplea un sistema integrado por un SBBGR y una etapa de ozonación. Dentro de cada ciclo del biorreactor secuencial se intercala la etapa de ozonación, en la cual los intermedios recalcitrantes generados durante el tratamiento biológico son degradados mediante oxidación química produciendo subproductos más sencillos capaces de ser biodegradados por la biomasa. De esta manera se consigue la reducción del 96% de la DQO inicial (DQO0: 3000 mg/L). Los excelentes resultados a escala de laboratorio dieron lugar a la

instalación del mismo sistema a escala de demostración, que resultó ser igual de eficiente que su predecesor.

Residuos de plaguicidas

A pesar de los numerosos estudios acerca de degradación de plaguicidas mediante PAO, apenas se han encontrado aplicaciones reales. Cabe destacar el estudio realizado por Mendoza-Marín et al. en 2010 con aguas reales contaminadas con dos plaguicidas comunes (2,4-D y diurón), empleando una tecnología similar a la propuesta en la presente Tesis a escala piloto. En este trabajo se evalúa la degradación de estos efluentes contaminados mediante un sistema que combina foto-Fenton solar en un reactor CPC y una etapa de oxidación biológica en un biorreactor de biomasa inmovilizada. La optimización del sistema se realizó en un paso previo empleando aguas modelo conteniendo los mencionados plaguicidas. Durante el proceso combinado se redujo el 82.5% del COD inicial (COD0: 600 -

1000 mg/L); eliminándose el 50% en la etapa de foto-Fenton y el resto en el tratamiento biológico.