Novedoso proceso de potabilización de aguas contaminadas con nitratos

C. A. QUERINI; G. MENDOW; B. SÁNCHEZ

Santa fe

Congreso; X Congreso Argentino de Ingeniería Química; 2019

La contaminación de aguas subterráneas o superficiales con nitratos es un problema queafecta a muchas poblaciones alrededor del mundo. La ingesta crónica de agua contaminada connitratos por encima de los valores especificados por la Organización Mundial de la Salud (OMS),puede provocar enfermedades graves como el cáncer de próstata en hombres, de ovarios en mujeres ometahemoglobinemia en infantes. Los métodos que se utilizan en la actualidad para lapotabilización de agua contaminada con nitratos son la ósmosis inversa, el intercambio iónico ola desnitrificación biológica. Los dos primeros, no solucionan el problema ya que generan unconcentrado de nitratos de difícil disposición. Por otra parte el tratamiento biológico eslento, genera una gran cantidad de biomasa, y es necesario realizar un post-tratamiento del aguapara eliminar los microorganismos residuales. Por esto, la reducción catalítica de nitratos conhidrógeno es una alternativa muy interesante. Esta reducción transforma los nitratos ennitrógeno gaseoso, sin generación de concentrados y necesidad de tratamientos posteriores.Desde el año 1991 muchos autores han publicado trabajos donde se sintetizan catalizadoresbimetálicos en su mayoría, soportados en diversos óxidos inorgánicos u otros materiales. Elenfoque que dan estos autores, pretende utilizar estos catalizadores en el tratamiento directo delagua contaminada, a temperatura ambiente ya sea en reactores de lecho fijo o continuos agitados.Por ello resulta imprescindible que los catalizadores desarrollados tengan una alta actividad, peromás importante aún, una gran selectividad a nitrógeno (prácticamente del 100 %). Hasta elmomento, no ha habido publicaciones que muestren un catalizador con estas características. Lamayoría, muestran muy buena actividad, con conversiones muy altas, aunque las selectividades anitrógeno no son satisfactorias. Esta baja selectividad a nitrógeno se ve reflejada en unaelevada generación de amonio (por sobrerreducción) que provoca que el agua tratada no cumpla conlos parámetros exigidos por la OMS.En el presente trabajo se presenta un novedoso proceso de potabilización de aguascontaminadas con nitratos que se basa en la reducción catalítica, aunque el proceso depotabilización se da por intercambio iónico. Este proceso sinérgico, se puede llevar a caboutilizando catalizadores bimetálicos (Pd-In, Pd-Cu o Pd-Sn) soportados sobre una resina aniónicamacroporosa débil. De esta manera, en un reactor de lecho fijo, el catalizador bifuncional(intercambio iónico o reducción catalítica) permite potabilizar el agua por un proceso deintercambio tradicional. Esto presenta la ventaja de que durante la potabilización, no se generencompuestos indeseados, como el amonio. Una vez saturada la resina, es decir, cuando laconcentración de nitratos a la salida de la columna ya no cumple con los estándares de la OMS, secorta la etapa de potabilización y en estanco, y a presión atmosférica, se deja circular un muybajo flujo de hidrógeno a través del lecho catalítico, que reduce (en los sitios catalíticos)los nitratos retenidos en la resina de intercambio. Durante la regeneración, la selectividad anitrógeno es irrelevante ya que una vez reducidos todos los iones nitrato, el lecho es lavado conuna corriente de NaCl que eluye todos los aniones intercambiados (sulfatos, bicarbonatos,silicatos, etc) y arrastra el amonio que puede haberse generado durante la regeneración. De estamanera, el ?efluente? que genera el proceso, es un concentrado de aniones no contaminantes, yuna muy baja concentración de amonio.En el trabajo realizado se evaluaron catalizadores bimetálicossoportados sobre resinas de intercambio WA30. Se sintetizaron catalizadores de Pd-Cu y Pd-In sobreuna resina aniónica comercial, variando las concentraciones de los metales y la relación molar delos mismos. Los catalizadores fueron caracterizados por DRX y evaluados en reacción en el procesodescripto anteriormente y patentado por el grupo de trabajo. Los catalizadores Pd-In mostraronser más activos que los Pd-Cu de idéntica carga y relación molar. Se determinó que loscatalizadores Pd-In con relaciones molares de 4:1, 10:1 y 40:1 mostraron un comportamiento similaren reacción. Se demostró que cuando se utiliza la relación 40:1 la carga de Pd pude serdisminuida hasta 0,4 % sin que esto altere la performance del catalizador en reacción. Elcatalizador de mejor comportamiento y de menor carga metálica fue el que contiene 0,4% de Pd conuna relación molar de 40:1. Se evaluó la estabilidad de este catalizador, y se observó que elmismo mantiene su actividad durante 18 ciclos consecutivos, lo que hace que tanto el catalizadorcomo el proceso desarrollado permitan potabilizar agua contaminada con nitratos.