La oxidación húmeda es una forma de tratamiento hidrotermal. Es la oxidación de componentes disueltos o suspendidos en agua utilizando oxígeno como oxidante . Se conoce como "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 la 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 se produzcan 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 utiliza comercialmente desde hace unos 60 años. Se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas residuales. A menudo se le conoce como Zimpro (de ZIMmerman PROcess), en honor a Fred J. Zimmermann, quien lo comercializó a mediados del siglo XX. [1]
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 con aguas residuales calientes y presurizadas. El agua residual fresca ingresa por la parte inferior de la columna y el agua residual oxidada sale 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 normalmente se suministra mediante aire presurizado, pero también se puede utilizar oxígeno puro. La reacción de oxidación se produce 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 de cadena corta biodegradables. Los componentes inorgánicos como sulfuros y cianuros se convierten en compuestos inorgánicos no reactivos.
En la reacción WAO, las moléculas orgánicas complejas, incluidos los compuestos biológicos refractarios, se rompen en compuestos orgánicos más simples o hasta un estado mineralizado completo (CO 2 , NH 3 , Cl − , SO 4 −2 , PO 4 −3 ) . En los efluentes de WAO pueden estar presentes compuestos orgánicos simples, 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 WAO suelen ser fácilmente biodegradables y exhiben altos valores de relaciones DBO : DQO . Las técnicas de tratamiento estándar, como el biotratamiento de lodos activados, normalmente se utilizan 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 llamado sistema "Proceso VerTech". Un sistema de este tipo funcionó en Apeldoorn , Países Bajos, 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 pozo profundo también sirvió como intercambiador de calor, por lo que no fue necesario ningún precalentamiento. La temperatura de funcionamiento era de unos 270 °C con una presión de unos 100 bares (1500 psi). La instalación finalmente fue cerrada debido a problemas operativos. [6] [7]
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 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 presentes 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 sulfurados, esto resulta en una destrucción de la demanda química de oxígeno (DQO) alta (>90%). Los sistemas de alta temperatura se utilizan para oxidar compuestos orgánicos que están presentes en las cáusticas gastadas nafténicas y cresílicas.
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 – 240 °C. Se puede procesar una suspensión de sólidos secos al 4% en un sistema WAO donde se desinfecta y el efluente tratado se puede deshidratar hasta un 55% de sólidos secos usando un filtro prensa. [4]
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 cinéticos de hidratos (KHI) del agua producida [10]
· Aguas residuales de poliol éter/monómero de estireno (POSM) [11]
· Licor madre cristalizador de sulfato de amonio [11]
· Aguas residuales farmacéuticas [11]
· Aguas residuales con cianuro [11]
· Regeneración de Carbón Activado en Polvo [11]