Tesis doctoral de Marta Izquierdo Sanchis
El control de la contaminación de las aguas ha suscitado desde hace años un gran interés dada la importancia de la calidad de éstas para la protección de la salud y del medio ambiente. Una de las principales fuentes de contaminación de las aguas es el vertido de efluentes residuales sin depurar o insuficientemente depurados, razón por la que el control de vertidos ha centrado gran parte de las actuaciones legislativas de las administraciones competentes en esta materia. Las técnicas convencionales de depuración para la eliminación de metales pesados presentan, en ocasiones, dificultades para lograr el cumplimiento de los límites de vertido siendo necesaria la búsqueda de técnicas o procedimientos alternativos para reducir o eliminar este tipo de emisiones. En este sentido, la investigación en bioadsorción ha mostrado en los últimos años el potencial de esta tecnología como alternativa para el tratamiento de aguas contaminadas por metales pesados. en este trabajo de tesis doctoral se aborda el estudio del proceso de bioadsorción para la eliminación de metales pesados presentes en aguas residuales utilizando restos de posidonia oceanica o turba como bioadsorbentes. La presente memoria se inicia en el capítulo 1 con la descripción de la problemática ambiental asociada a la contaminación por metales pesados. Se señalan las principales fuentes industriales de contaminación, haciendo especial hincapié en la contaminación de cobre o níquel en el sector de tratamiento de superficies. Se incluye una revisión del marco legislativo nacional y europeo aplicable al vertido de metales pesados y se presentan las técnicas de eliminación de estas sustancias. En el capítulo 2, se describe la tecnología de la bioadsorción, señalando los mecanismos implicados en la retención de metales pesados y los principales factores que afectan al proceso. En este mismo capítulo se recopilan los principales modelos de equilibrio de adsorción y de simulación de la operación en columna de lecho fijo utilizados en el campo de la bioadsorción. a continuación, en el capítulo 3 se presenta el objetivo de la tesis, consistente en el estudio de la bioadsorción como tecnología para el tratamiento de aguas residuales industriales contaminadas con metales pesados utilizando posidonia oceanica y turba como bioadsorbentes. Para ello se ha implementado una metodología dirigida al desarrollo de una herramienta de predicción del proceso de bioadsorción en lecho fijo y a la evaluación de la potencial aplicación del proceso a nivel industrial. en el capítulo 4 se describe la metodología empleada en el desarrollo experimental incluyendo los procedimientos utilizados para la caracterización de los materiales bioadsorbentes, para la determinación del equilibrio de adsorción en ensayos en discontinuo, y para la operación de columnas de lecho fijo. la presentación y discusión de resultados se inicia en el capítulo 5 en el que se evalúa el uso de la posidonia oceanica y de la turba para la eliminación de cobre en aguas. Tras determinar las características físico-químicas de ambos bioadsorbentes, se han evaluado los mecanismos de interacción con el cobre mediante un procedimiento de extracción secuencial del cobre retenido y mediante el empleo de las técnicas de espectroscopía infrarroja de transformada de fourier y de análisis térmico, trabajo realizado bajo la dirección de la dra. Castaldi, en las instalaciones del dipartimento di scienze ambientali agrarie e biotecnologie agro-alimentari de la universití degli studi di sassari (italia) en una estancia de investigación de 4 meses de duración. En este mismo capítulo se presentan los resultados de ensayos de bioadsorción planificados con el fin de evaluar el proceso de bioadsorción de cobre sobre los materiales seleccionados, implementando una metodología para la obtención de la información experimental necesaria para el desarrollo de un modelo matemático del proceso. Se presenta la caracterización del equilibrio de adsorción tanto en discontinuo como en la operación dinámica en columnas de lecho fijo. El empleo de una técnica de estímulo respuesta ha permitido caracterizar hidrodinámicamente los lechos de ambos bioadsorbentes, determinando los valores del coeficiente de dispersión hidrodinámica y su variación con la velocidad intersticial del fluido. La presencia de agentes complejantes en las aguas residuales de empresas de sectores industriales entre los que se incluye el sector de tratamiento de superficies metálicas puede ocasionar interferencias en los tratamientos de depuración convencionales. Por ello, y con vistas a evaluar la posibilidad de aplicación industrial de la tecnología, se analiza el efecto de la presencia de edta, seleccionado como agente complejante típico, sobre el rendimiento del proceso. Asimismo, se analiza la reutilización de los bioadsorbentes en ciclos consecutivos de adsorción-desorción. en el capítulo 6 se presenta el modelo matemático desarrollado con el fin de obtener una herramienta para la simulación de la bioadsorción de metales pesados en columna de lecho fijo, con aplicación a tareas de diseño y seguimiento de la operación. Tras establecer las hipótesis del modelo, se presentan las ecuaciones características y el método implementado para la resolución numérica del balance de materia total al sistema bajo condiciones de transporte controlado por la transferencia de materia interna, asumiendo una expresión cinética basada en una fuerza impulsora lineal. La calibración del modelo se ha realizado utilizando los datos de los ensayos de bioadsorción de cobre en columna de lecho fijo sobre posidonia oceanica y sobre la turba, y ha permitido la estimación del coeficiente de transferencia de materia interna en estos sistemas, parámetro de calibración del modelo. Con la validación del modelo, realizada a partir de experimentos independientes a los utilizados en la fase de calibración, se corroboran las hipótesis del modelo. Por último se incluye un análisis de sensibilidad del modelo mostrando la influencia del coeficiente de dispersión hidrodinámica y del coeficiente de transferencia de materia interna sobre los resultados de las predicciones del modelo. la presentación y discusión de resultados finaliza en el capítulo 7 en el que se recogen los resultados de una serie de ensayos realizados en el marco de un proyecto de investigación aplicada, financiado por el instituto tecnológico metal-mecánico (aimme). Estos ensayos se diseñaron para evaluar la aplicación de la tecnología de bioadsorción al tratamiento de aguas residuales industriales del sector de tratamiento de superficies, que se caracterizan por presentar agentes complejantes en su composición. Se presenta un estudio comparativo del rendimiento de la operación sobre diversos materiales incluyendo, además de la posidonia oceanica y la turba, otros bioadsorbentes (chitosan y chitín) y dos carbones activados comerciales, utilizando cobre o níquel como metales pesados de referencia en las aguas residuales de este sector. El estudio se completa con la evaluación de la bioadsorción para el tratamiento de aguas residuales industriales aportadas por una empresa del sector de tratamiento de superficies metálicas. Por último, se analizan los resultados de un estudio preliminar de una configuración de dos columnas en serie utilizando un lecho de bioadsorbente seguido de un lecho de carbón activado como alternativa para el tratamiento de aguas residuales contaminadas con metales pesados en presencia de agentes complejantes. las conclusiones del presente trabajo de tesis doctoral se han presentado en cada uno de los capítulos de resultados y se compilan finalmente en el capítulo 8, junto con las perspectivas de trabajo futuro en este campo.
Datos académicos de la tesis doctoral «Eliminación de metales pesados en aguas mediante bioadsorción. evaluación de materiales y modelación del proceso«
- Título de la tesis: Eliminación de metales pesados en aguas mediante bioadsorción. evaluación de materiales y modelación del proceso
- Autor: Marta Izquierdo Sanchis
- Universidad: Universitat de valéncia (estudi general)
- Fecha de lectura de la tesis: 15/07/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Carmen Gabaldón García
- Tribunal
- Presidente del tribunal: isabel Villaescusa gil
- margherita Silvetti (vocal)
- vicente Martinez soria (vocal)
- Miguel Martín monerris (vocal)