La oxidación húmeda es una forma de tratamiento hidrotermal. Es la oxidación de componentes disueltos o suspendidos en agua usando oxígeno como oxidante . Se denomina "oxidación por aire húmedo" (WAO) cuando se utiliza aire . Las reacciones de oxidación ocurren en agua sobrecalentada a una temperatura por encima del punto de ebullición normal del agua (100 ° C), pero por debajo del punto crítico (374 ° C).
El sistema debe mantenerse bajo presión para evitar una evaporación excesiva del agua. Esto se hace para controlar el consumo de energía debido al calor latente de vaporización . También se hace porque el agua líquida es necesaria para que ocurran la mayoría de las reacciones de oxidación. Los compuestos se oxidan en condiciones de oxidación húmeda que no se oxidarían en condiciones secas a la misma temperatura y presión.
La oxidación húmeda se ha utilizado comercialmente durante unos 60 años. Se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas residuales. A menudo se lo conoce como Zimpro (de ZIMmerman PROcess), en honor a Fred J. Zimmermann, quien lo comercializó a mediados del siglo XX. [1]
Descripción del sistema
Los sistemas comerciales suelen utilizar un reactor de columna de burbujas , donde se burbujea aire a través de una columna vertical que está llena de líquido de aguas residuales calientes y presurizadas. Las aguas residuales frescas entran por la parte inferior de la columna y las aguas residuales oxidadas salen por la parte superior. El calor liberado durante la oxidación se utiliza para mantener la temperatura de funcionamiento.
WAO es una reacción en fase líquida que utiliza oxígeno disuelto en agua para oxidar los contaminantes de las aguas residuales. El oxígeno disuelto se suministra típicamente usando aire presurizado, pero también se puede usar oxígeno puro. La reacción de oxidación ocurre generalmente a temperaturas moderadas de 150 ° -320 ° C y a presiones de 10 a 220 bar. El proceso convierte los contaminantes orgánicos en dióxido de carbono, agua y ácidos orgánicos biodegradables de cadena corta. Los componentes inorgánicos como los sulfuros y los cianuros se convierten en compuestos inorgánicos no reactivos.
En la reacción de WAO, moléculas orgánicas complejas, incluyendo compuestos refractarios biológicos, se rompen en compuestos orgánicos más simples o a un estado mineralizado completa (CO 2 , NH 3 , Cl - , SO 4 -2 , PO 4 -3 ) . En los efluentes de WAO pueden estar presentes compuestos orgánicos simples tales como ácidos carboxílicos de bajo peso molecular y productos de reacción mineralizados. Debido a esto, el efluente WAO generalmente requiere un tratamiento posterior antes de su descarga. Los efluentes de WAO son típicamente fácilmente biodegradables y exhiben altos valores de relación DBO : DQO . Las técnicas de tratamiento estándar, como el biotratamiento de lodos activados, se utilizan normalmente con WAO para un tratamiento completo. [2]
El catalizador se puede utilizar en el sistema WAO para mejorar el tratamiento y lograr una mayor destrucción de DQO. Se han utilizado catalizadores heterogéneos y homogéneos. Los catalizadores heterogéneos se basan en metales preciosos depositados sobre un sustrato estable. Los catalizadores homogéneos son metales de transición disueltos. Varios procesos, como Ciba-Geigy, LOPROX y ATHOS utilizan un catalizador homogéneo. [3] [4] Los catalizadores de metales mixtos, como Ce / Mn, Co / Ce, Ag / Ce, también han sido eficaces para mejorar el tratamiento logrado en un sistema WAO. [5]
Un tipo especial de proceso de oxidación húmeda fue el sistema denominado "proceso VerTech". Un sistema de este tipo operó en Apeldoorn , Holanda entre 1994 y 2004. El sistema se instaló en un recipiente a presión subterráneo (también llamado recipiente a presión por gravedad o GPV). La presión se suministró alimentando el material a un reactor con una profundidad de 1.200 metros (3.900 pies). El reactor de eje profundo también sirvió como intercambiador de calor, por lo que no se requirió precalentamiento. La temperatura de funcionamiento fue de aproximadamente 270 ° C con una presión de aproximadamente 100 bares (1500 psi). La instalación finalmente se cerró debido a problemas operativos. [6] [7]
Aplicaciones comerciales
Tratamiento cáustico gastado
La mayoría de los sistemas comerciales de oxidación húmeda se utilizan para tratar aguas residuales industriales, como corrientes cáusticas gastadas cargadas de sulfuro de la producción de etileno y GLP, así como cáusticas gastadas nafténicas y cresílicas de aplicaciones de refinería.
Clasificación | Temperatura (Presión) | Tratamiento de compuestos |
Bajo | 110-150 ° C (2-10 bares) | Sulfuros reactivos |
Medio | 200-220 ° C (20-45 bares) | Sulfuros, Mercaptanos |
Elevado | 240-260 ° C (45-100 bares) | Ácidos nafténico y cresílico, sulfuros, mercaptanos |
Clasificación típica de los sistemas de tratamiento WAO. [8]
Los sistemas WAO de baja temperatura oxidan los sulfuros a tiosulfato y sulfato, pero hay altas concentraciones de tiosulfato en el efluente tratado. Los sistemas de temperatura media oxidan completamente los sulfuros a sulfato y los mercaptanos se oxidan a ácidos sulfónicos. Para los cáusticos gastados sulfídicos, esto da como resultado una alta destrucción de la demanda química de oxígeno (DQO) (> 90%). Los sistemas de alta temperatura se utilizan para oxidar compuestos orgánicos que están presentes en los cáusticos gastados nafténicos y cresílicos.
Tratamiento de lodos de depuradora
Casi la misma cantidad de sistemas también se utilizan para tratar biosólidos , con el fin de pasteurizar y disminuir el volumen de material para su eliminación. El acondicionamiento térmico se produce a temperaturas de 210 a 240 ° C. Una lechada sólida seca al 4% se puede procesar en un sistema WAO donde se desinfecta y el efluente tratado se puede deshidratar a un 55% de sólidos secos usando un filtro prensa. [4]
Otras aplicaciones
La oxidación con aire húmedo también se ha utilizado para tratar una variedad de otras aguas de procesos industriales y aguas residuales que incluyen:
· Residuos peligrosos [9]
· Inhibidores de hidratos cinéticos (KHI) del agua producida [10]
· Aguas residuales de poliol éter / monómero de estireno (POSM) [11]
· Licor madre del cristalizador de sulfato de amonio [11]
· Aguas residuales farmacéuticas [11]
· Aguas residuales de cianuro [11]
Ver también
Referencias
- Zimmermann, F. Waste Disposal , Patente de EE. UU. 2665249, 1950.
- Mishra, V .; Mahajani, V .; Joshi, J. "Oxidación del aire húmedo", Ind. Eng. Chem. Res. ", 34 , 2-48, 1995.
- Maugans C .; Ellis, C. "Wet Air Oxidation: A Review of Commercial Sub-Critical Hydrothermal Treatment", Vigésimo Primera Conferencia Internacional Anual sobre Tecnologías de Incineración y Tratamiento Térmico, Nueva Orleans, 13-17 de mayo de 2002. Documento histórico de WAO
- Patria, L .; Maugans, C .; Ellis, C .; Belkhodja, M .; Cretenot, D .; Suerte, F .; Copa, B. "Procesos de oxidación del aire húmedo", Procesos avanzados de oxidación para el tratamiento de agua y aguas residuales , S. Parsons Editor, págs. 247–274. 2004, IWA Publishing.
- Giudici, D .; Maugans, C. "Mejora de la síntesis industrial de la aplicación de metacrilato de metilo de un proceso de oxidación por aire húmedo (WAO)", MMA WAO Paper
- ^ "Historia de Zimpro" . Consultado en febrero de 2010 . Compruebe los valores de fecha en:
|accessdate=
( ayuda ) | archiveurl = | archivedate = 2013-03-31 - ^ Kumfer, B .; Lehmann, D. Oxidación con aire húmedo de corrientes de desechos farmacéuticos difíciles de tratar. Práctica del agua 2007, 2 , 1-11.
- ↑ Levec, J .; Albin, P. Procesos catalíticos de oxidación por aire húmedo: una revisión. Catálisis hoy . 2007 , 124 , 172-184.
- ^ a b Suerte, F. Oxidación del aire húmedo: pasado, presente y futuro. Catálisis hoy 1999 , 53 , 81-91.
- ^ Silva, A .; Marques, R .; Quinta-Ferreira, R. Catalizador a base de óxido de cerio para la oxidación húmeda del ácido acrílico en la prevención de riesgos ambientales. Catálisis aplicada 2004 , 47 , 269-279.
- ^ Bhargava, SK; Tardio, J .; Prasad, J .; Folger, K .; Akolekar, DB; Grocott, SC Oxidación húmeda y oxidación catalítica húmeda. Ind. Eng. Chem. Res. 2006 , 45 , 1221-1258.
- ^ Kolaczkowski, ST; Plucinski, P .; Beltrán, FJ; Rivas, FJ; McLurgh, DB Oxidación con aire húmedo: una revisión de las tecnologías de proceso y los aspectos del diseño de reactores. Chemical Engineering Journal 1999 73 , 143-160.
- ^ Kumfer, B .; Clark, M. “Oxidación en aire húmedo de cáustico gastado en refinerías de petróleo”, Conferencia Internacional sobre el Agua (CBI), San Antonio, TX, 4 al 8 de noviembre de 2012.
- ^ Heimbuch, J .; Wilhelmi, A. Oxidación con aire húmedo: un medio de tratamiento para corrientes de desechos peligrosos acuosos. Revista de material peligroso . 1985 , 12 , 187-200.
- ^ Kumfer, B .; Clark, M .; Cook, S .; Garza, T .; Jackson, S. “Tratamiento del agua producida que contiene KHI por oxidación del aire húmedo”, Conferencia internacional sobre hidratos de gas (ICGH), Beijing, China, 28 de julio al 1 de agosto de 2014.
- ^ a b c d e Patria, L .; Maugans, C .; Ellis, C .; Belkhodja, M .; Cretenot, D. Luck, F., Copa, B; Procesos de oxidación por aire húmedo. En Procesos avanzados de oxidación para tratamiento de agua y aguas residuales , Parsons, S .; IWA Publishing: Londres, 2004, 247-274.