Intercambio iónico con resinas comerciales y sintetizadas para la retención de sulfamidas y tiocianatos en sistemas individuales y mezclados

Abstract

El incremento de la contaminación de las aguas debido a actividades industriales, vertidos humanos, prácticas agrícolas y ganaderas, es un fenómeno ambiental de importancia. Las aguas residuales de coquería procedentes de la industria siderúrgica se caracterizan por su alto contenido en tiocianatos y fenoles. Estos contaminantes han de ser tratados antes de su vertido para cumplir con los límites establecidos por la legislación vigente. Por otro lado, el elevado consumo de antibióticos tanto en veterinaria como en medicina humana está generando gran cantidad de contaminantes conocidos como contaminantes emergentes. Está demostrada la presencia de fármacos en las aguas residuales, así como su baja eliminación en los procesos convencionales de depuración de aguas. También, se han detectado muchos de estos compuestos en aguas subterráneas y superficiales. El principal problema de la presencia de estos compuestos en el medio ambiente es la aparición de cepas bacterianas resistentes a los antibióticos, y además producen efectos tóxicos sobre la fauna acuática. La creciente necesidad de reutilizar el agua y de cumplir con una legislación cada vez más estricta en términos medioambientales, han hecho necesario el desarrollo de técnicas de tratamiento de aguas alternativas a los tratamientos convencionales existentes. Entre los distintos métodos de tratamientos de aguas, en el presente trabajo se ha elegido la operación de intercambio iónico para eliminar estos contaminantes de las aguas, por las ventajas que presenta frente a otras técnicas como bajo coste, selectividad, fácil regeneración y sencillez en diseño y operación. En primer lugar, se ha estudiado la viabilidad del proceso de intercambio iónico para eliminar sulfamidas, debido a que se han detectado en elevada concentración en las aguas residuales. Así, se ha analizado la capacidad de retención de las sulfamidas sulfametoxazol (SMX) y sulfametazina (SMZ) en disoluciones sintéticas, empleando la resina Lewatit MP500. Se ha estudiado el equilibrio y la cinética del proceso de intercambio iónico en tanque agitado. Se han modelizado los resultados de equilibrio empleando isotermas de adsorción, y la cinética se ajustó al modelo de transferencia de masa a través de la película líquida y al modelo de difusión en poros. Se ha estudiado la operación en columna, realizando sucesivos ciclos de carga y elución, y modelizado los datos experimentales ajustándolos a un modelo de lecho fijo. De igual modo, se ha estudiado la competitividad en el proceso de adsorción empleando disoluciones de mezclas SMX y SMZ. Se han empleado varios modelos basados en la ecuación de Langmuir para describir la adsorción en el sistema binario. También, se ha analizado el proceso de intercambio iónico de SMX en disolución en presencia de sales para simular su comportamiento en aguas reales. Los datos experimentales se han ajustado a la ecuación de Langmuir para sistemas multicomponentes. Asimismo, se ha estudiado la operación de intercambio iónico para eliminar tiocianato y fenol presentes en disoluciones acuosas y en aguas residuales industriales, empleando las resinas comerciales Lewatit MP500 y Lewatit M610. Se ha evaluado el equilibrio y la cinética del proceso en tanque agitado. Los datos de equilibrio se ajustaron a las isotermas Langmuir y Factor de Separación Constante, y la cinética del proceso se describió empleando el modelo de transferencia de masa a través de la película líquida y el modelo de difusión en poros. A su vez, se estudió la operación en columna. Se realizaron sucesivos ciclos de carga y elución, se determinó las capacidades de retención y la capacidad de recuperación del eluyente. Finalmente, se han sintetizado polímeros de metacrilato mediante fotopolimerización en forma de partículas esféricas, se han caracterizado y estudiado su capacidad de adsorción de SMX en disolución acuosa. Con el polímero con el que se obtuvieron mejores capacidades de retención, se realizaron ensayos en tanque agitado y en columna empleando disoluciones sintéticas de SMX, SMZ y mezclas de ambos. Se determinaron los parámetros de equilibrio y cinética, y se modelizó la operación en columna usando un modelo de lecho fijo. Además, se ha estudiado la capacidad del polímero sintetizado para retener tiocianato y fenol presentes en disoluciones acuosas en tanque agitado y en columna.