Tratamiento de aguas contaminadas con plomo (II) mediante una técnica en continuo de bioadsorción en columna de corcho

Abstract

[ES] Actualmente, el agua es un recuso muy valorado y apreciado por las sociedades y por eso se quiere evitar su contaminación. Existen muchos tipos de contaminación, los cuales se pueden clasificar según su origen o tipo. El tipo de contaminación de origen artificial que se aborda en este trabajo es una contaminación por metales pesados. Los metales pesados son un grupo de elementos de la tabla periódico que comparten una serie de características en común, siendo las más destacable, su toxicidad (cambiando entre derivaciones del mismo elemento o su configuración electrónica), densidad, su movilidad en ambientes con pH ligeramente ácidos o su naturaleza metálica.

El plomo (II) será el metal pesado estudiado en el proyecto. El plomo es un metal pesado cuya densidad es de 11,34 g/cm y se puede encontrar de manera natural en el medio. Este elemento químico es tóxico, denso y acumulativo, el cual afecta tanto a organismos vivos como seres humanos. Actualmente, existe normativa en materia de medioambiente de ámbito europeo,estatal y autonómico.

En ámbito europeo se encuentra La Directiva 2000/60/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, 23 de octubre de 2000. De ámbito estatal se encuentra el Real Decreto 60/2011, de 21 de enero, sobre las normas de calidad ambiental en el ámbito de la política de agua. Y, por último, de ámbito autonómico se encuentra el Decreto Legislativo 3/2003,de 4 de noviembre, ordena las competencias en materia de aguas para regular la organización y funcionamiento de la Administración hidráulica en Cataluña. Estas normativas han dado lugar al desarrollo y aplicación de tecnologías con la finalidad de tratar las aguas contaminadas.

Existen muchas técnicas de tratamiento de aguas contaminadas con metales pesados como la precipitación, columnas de intercambio iónico, filtración. Debido a limitaciones técnicas o económicas se buscan nuevas tecnologías más baratascomo la bioadsorción. Ésta es una técnica de tratamiento de caudales contaminados a bajas concentraciones, que consigue retener este agente mediante el uso de materiales de origen biológico inerte. Para esta técnica existe una amplia gama de biomateriales a estudiar como el algodón, microalgas, cáscaras de café y corcho. El corcho (Quercus suber L.,) que se emplea como adsorbente, ha sufrido un proceso de triturado para obtener un tamaño de partícula pequeño (de entre 1-2 mm a 3-4 mm), y puede ser usado directamentesin ningún tipo de tratamiento.

En este proyecto se ha estudiado el corcho como un material bioadsorbente para la eliminación de plomo (II) del agua. Para ello se ha realizado una técnica en continuo en columna a un caudal y concentración de entrada constantes. En esta técnica existen dos claras etapas, las cuales se estudiarán a lo largo del proyecto. Estas son la fase de extracción, donde se adsorbe el plomo (II) al corcho, y la fase de elución, donde se extrae el plomo adsorbido con ácido nítrico. De la fase de extracción se ha estudiado la influencia que tiene la compactación del corcho en la columna y la influencia del caudal de entrada sobre la adsorción del plomo (II) en el corcho, los cuales han demostrado ser factores a tener en cuenta en este tipo de técnicas. Se ha observado que es necesarios un mínimo grado de compactación para que los resultados sean reproducibles. También, se ha cuantificado la cantidad de biomaterial necesario y el tiempo de tratamiento del agua para poder visualizar toda la curva de saturación con su caudal correspondiente y concentración escogida, siendo esta masa de biomaterial 1 g. De la fase de elución se ha estudiado la eliminación de plomo (II) adsorbido en corcho mediante una elución de ácido nítrico a distintas concentraciones, obteniendo entre ambas experiencias diferencias no significativas. Por último, se ha estudiado el posible origen del deterioro del corcho a lo largo de su uso como bioadsorbente

[EN] Currently, water is a highly valued and appreciated by societies and that is why pollution is to be avoided. There are many types of pollution, which can be classified according to their origin or type. The type of contamination of artificial origin that is approached in this work, is a contamination by heavy metals. The heavy metals are a group of elements of the periodic table that share a series of characteristics in common, being the most remarkable, its toxicity (changing between derivations of the same element or its electronic configuration), density, its mobility in environments with slightly acid pH or their metallic nature.

Lead (II) will be the heavy metal studied in the project. Lead is a heavy metal whose density is 11.34 g · cm-3 at 20oC and its atomic mass is 207.19 g · mol-1 and can be found in nature. This chemical element is toxic, dense and cumulative, which affects both, living organisms and humans.

Currently, there are environmental regulations at European, state and regional level.

At European level, there is the Directive 2000/60 / EC of the European Parliament and of the Council, of 23 October 2000. At State level there is the Royal Decree 60/2011 of 21 January on environmental quality standards in Area of water policy.

And finally, at regional level there is the Legislative Decree 3/2003, of November 4, orders the water authority to regulate the organization and operation of the Water Authority in Catalonia.

These regulations have led to the development and application of technologies to treat contaminated water.

There are many techniques for treating water contaminated with heavy metals, such as precipitation, ion exchange columns, filtration. Due to technical or economic limitations, new cheaper technologies such as bioadsorption are being rehearsed. This is a technique of treatment of polluted water at low concentrations, which manages to retain pollutants through the use of materials of inert biological origin. For this technique there is a wide range of biomaterials to study such as cotton, microalgae, coffee husks and cork. The cork (Quercus suber L.), which is used as an adsorbent, has undergone a grinding process to obtain a small particle size (1-2 mm to 3-4 mm), and can be used directly without any type of treatment.

In this project, cork has been studied as a bioadsorbent material for the removal of lead (II) from water. To do so, a continuous column technique has been performed at a constant flow rate and concentration. In this technique there are two clear stages, which will be studied throughout the project. These are the extraction phase, where the lead (II) is adsorbed to the cork, and the elution phase, where the lead adsorbed io the cork is extracted with nitric acid.

From the extraction phase, we have studied the influence of cork compaction on the column and the influence of the input flow on the adsorption of lead (II) in the cork, which have been shown to be factors in this to take in consider for this techniques. It has been observed that a minimum degree of compaction of cork is necessary for the results to be reproducible. Also, the amount of biomaterial required and the treatment time of the water, have been quantified to be able to visualize the entire breaktrough curve with its corresponding flow and chosen concentration. This mass of biomaterial its 1 g.

From the elution phase, the removal of lead (II) adsorbed in cork with two solutions of nitric acid at different concentrations has been studied, obtaining between both experiences non significant differences. Finally, the possible origin of the deterioration of the cork during its use as bioadsorbent has been studied.

Cork has been shown to be a useful biomaterial for the treatment of water contaminated by lead (II).