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UNIVERSIDAD DE JAÉN Facultad de Ciencias Experimentales
Trabajo Fin de Grado
Alumno: Ángel Luis Pérez Sáez
Julio, 2020
Empleo de residuos agro-industriales o urbanos como
adsorbentes para la eliminación de
contaminantes en muestras de agua
2
Trabajo Fin de Grado
Empleo de residuos agro-industriales o urbanos como
adsorbentes para la eliminación de contaminantes en muestras de
agua
Ángel Luis Pérez Sáez
Jaén, Julio de 2020
3
ÍNDICE
RESUMEN .............................................................................................................. 4
ABSTRACT ............................................................................................................ 4
1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 5
1.1. Contexto ......................................................................................................... 5
1.2. Objetivos ........................................................................................................ 6
2. TIPOS Y ESTRUCTURA DE LOS RESIDUOS AGROINDUSTRIALES Y
URBANOS ............................................................................................................. 6
3. CONTAMINANTES INORGÁNICOS ................................................................. 9
3.1. Mercurio ....................................................................................................... 12
3.2. Cadmio ......................................................................................................... 13
3.3. Arsénico ....................................................................................................... 14
3.4. Nitrógeno y fósforo. .................................................................................... 16
4. CONTAMINANTES ORGÁNICOS ................................................................... 18
4.1. Colorantes .................................................................................................... 20
4.2. Fármacos ...................................................................................................... 22
4.3. Pesticidas ..................................................................................................... 24
5. TECNOLOGÍAS APLICADAS EN LA ADSORCIÓN ....................................... 25
5.1. Sistemas en continuo o en lecho fijo ......................................................... 26
5.1.1. Sistemas en discontinuo o de tanque agitado ............................................ 26
5.2. Estudio de los modelos termodinámicos y cinéticos .............................. 27
5.2.1. Equilibrio de adsorción ............................................................................... 27
5.2.2. Cinética de adsorción ................................................................................. 28
6. PERSPECTIVAS FUTURAS ............................................................................ 29
7. CONCLUSIONES ............................................................................................. 30
8. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 30
9. PÁGINAS WEB ................................................................................................ 35
10. ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS Y ECUACIONES ........................................ 36
4
RESUMEN La adsorción ha demostrado ser un proceso eficaz en la eliminación de
contaminantes orgánicos e inorgánicos en aguas, además de presentar un fácil
diseño de operación.
En este trabajo se han revisado diferentes puntos de vista y propuestas de varios
artículos científicos para la utilización de residuos agroindustriales y urbanos en la
adsorción de contaminantes en aguas. Los adsorbentes más comunes están
constituidos por carbón activado, arenas y zeolitas. Varios estudios demuestran que
es posible desarrollar materiales capaces de eliminar contaminantes por adsorción a
partir de residuos y fuentes naturales. Sus características, además de su bajo costo
y alta disponibilidad, han convertido a estos residuos en una propuesta interesante
para la adsorción de contaminantes. Además se presentan las tecnologías
empleadas en adsorción y de manera general otras técnicas convencionales y no
convencionales, así como los posibles efectos y fuentes principales de los
contaminantes estudiados.
ABSTRACT Adsorption has proven to be an effective process in removing organic and inorganic
contaminants in water, in addition to presenting an easy operation design.
In this work, different points of view and proposals from various scientific articles for
the use of agro-industrial and urban waste in the adsorption of pollutants in water
have been reviewed. The most common adsorbents are made of activated carbon,
sand and zeolites. Several studies show that it is possible to develop materials
capable of eliminating pollutants by adding waste and natural sources. Its
characteristics, in addition to its low cost and high availability, have made this waste
an interesting proposal for the adsorption of pollutants. In addition, the technologies
used in adsorption and in general other conventional and unconventional techniques
are presented, as well as the possible effects and main sources of the contaminants
studied.
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1. INTRODUCCIÓN
El agua es indispensable para la vida. El desarrollo de la industria y el
desconocimiento de los efectos de algunas sustancias empleadas han provocado
que durante años se hayan vertido contaminantes en aguas y suelos
incontroladamente, deteriorando ecosistemas y provocando problemas en la salud
de los humanos (Álvarez Torrellas, 2017). La calidad del agua se refiere a que sus
características no representan una amenaza para los ecosistemas y para la salud de
los seres vivos y que sus propiedades son adecuadas para usos particulares, como
su uso en la industria (Acosta & Montilla, 2011).
Con los años se han adoptado medidas legislativas y se han establecido técnicas de
eliminación de contaminantes que tratan de solucionar el problema de la
contaminación. Sin embargo, es necesario el estudio de técnicas y materiales
sostenibles (Álvarez-Torrellas, 2017).
La reducción de la contaminación es indispensable para la conservación del medio
ambiente. Entre los tratamientos de aguas que son capaces de reducir la cantidad
de contaminantes encontramos la adsorción, un proceso eficaz y de fácil operación
(Tejada-Tovar et al., 2015).
La búsqueda de adsorbentes y procesos menos costosos y eficaces con respecto a
los convencionales convierten a los residuos agroindustriales y urbanos en una
propuesta interesante y de creciente interés para la eliminación de contaminantes en
aguas.
1.1. Contexto
En los últimos años, la comunidad científica ha tratado de encontrar nuevos
adsorbentes para la eliminación de contaminantes en aguas. Para encontrarle un
sentido a la búsqueda de adsorbentes no convencionales, más baratos, sostenibles
y eficientes de los que hablaremos a continuación, primero trataremos de encontrar
los nexos de unión entre los artículos revisados. Algunos de los artículos presentan
una motivación común, que es la problemática que generan los contaminantes
emergentes. Los contaminantes emergentes son sustancias sobre las que se
desconocen algunas características, sobre todo, sus efectos a largo plazo. Sobre
los contaminantes emergentes no existen normativas respecto a los niveles
máximos permitidos en el medioambiente (Cabrita et al., 2010; Grassi et al., 2012).
6
Otros contaminantes como podrían ser los metales pesados han sido ya
ampliamente estudiados y sobre ellos tenemos suficiente información para conocer
bien sus efectos nocivos en la salud y en el medioambiente. Para estos
contaminantes, el carbón activado ha sido el adsorbente más utilizado en el
tratamiento de aguas, sin embargo, su alto costo, que además aumenta cuanto
mayor es su calidad ha motivado también algunas investigaciones en las que se
buscan adsorbentes alternativos. Algunos residuos industriales y provenientes de
actividades agrícolas han demostrado ser una buena alternativa debido a su
disponibilidad y a que no requieren apenas procesamiento para disponer de una
buena capacidad de adsorción (Babel & Kurniawan, 2003).
1.2. Objetivos
A través de la siguiente revisión bibliográfica se pretende mostrar algunos de los
materiales y técnicas convencionales y no convencionales utilizadas en adsorción de
contaminantes en aguas. En algunos casos se plantearán datos actuales en
comparación con datos de estudios anteriores con el fin de analizar las diferencias
en los resultados obtenidos. Otro de los objetivos será encontrar problemáticas
comunes que justifican el estudio de adsorbentes a partir de residuos
agroindustriales y urbanos en la eliminación de contaminantes en aguas. Además de
la adsorción, esta revisión trata de abarcar generalidades sobre otras técnicas de
eliminación de contaminantes sintetizando información de varios artículos científicos.
También se mostrarán las principales fuentes y efectos de los contaminantes
estudiados.
2. TIPOS Y ESTRUCTURA DE LOS RESIDUOS AGROINDUSTRIALES Y
URBANOS
Los residuos agroindustriales contienen biomasas lignocelulósicas (Vidal et al.,
2018), formadas principalmente por lignina, celulosa y hemicelulosa que contienen
grupos funcionales capaces de unirse a contaminantes orgánicos e inorgánicos (Dai
et al., 2018).
7
Figura 1. Composición química de algunos residuos agroindustriales. Fuente: (Dai
et al., 2018)
Los residuos urbanos son producidos por la actividad humana en las ciudades y
pueblos. En ocasiones los residuos agroindustriales pueden ser clasificados como
urbanos, como es el caso de la industria alimentaria. Los principales residuos
urbanos provienen de embalajes, siendo sus principales componentes los plásticos,
celulosa, fibras textiles naturales y sintéticas, vidrio y cerámica (Ramón Sans
Fonfría, & Joan de Pablo Ribas - Google Libros, s.f.).
Algunos de estos residuos pueden actuar directamente como adsorbentes. Sin
embargo, se ha demostrado que se puede aumentar su capacidad de adsorción
mediante tratamientos físicos y químicos (Dai et al., 2018).
La activación física se lleva a cabo mediante la carbonización del precursor y un
posterior tratamiento térmico bajo flujo de gas y la activación química consiste en
aplicar al precursor deshidratantes seguido de un tratamiento térmico. Por lo
general, una activación química dará una mayor superficie de adsorción, un tiempo
de activación menor y permite tratamientos menos energéticos (entre 400 °C y 900
°C) frente a los entre 800 °C y 1100 °C necesarios para una activación física. Una
combinación de activación química y física resultó eficaz en varios estudios para la
eliminación de contaminantes orgánicos e inorgánicos:
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Cáscara de cacahuete
-Se estudia para la eliminación de tintes DB38 y RR141.
-Activación química: Se preparó una solución de H2SO4 y cáscaras de cacahuete
sometidas a energía ultrasónica.
-Activación física: Pirólisis.
-Se removió hasta un 95% de contaminante.
(Vidal et al., 2018).
Cascara de Nuez
-Se estudió para eliminación de metales pesados (Zn2+, Cd2+, Ni2+ y Cu2+).
-Activación química: Solución acuosa con varios reactivos entre los que
destacaremos el cloruro de sodio (NaCl) y el cloruro de potasio (KCl), que generaron
el área superficial más alta y las mejores propiedades de adsorción.
-Activación física con CO2.
(Vidal et al., 2018).
La descomposición de los residuos agroindustriales sin ningún control o tratamiento
genera agentes infecciosos que pueden afectar a la salud de los humanos y
animales y dañar los recursos naturales. Por la descomposición de residuos pueden
generarse lixiviados que se moverán a través del suelo llegando a contaminar el
subsuelo y acuíferos. Es necesario establecer medidas de control para evitar la
dispersión de estos contaminantes. Estos residuos también pueden ser
responsables de una disminución de la calidad del aire. Para solucionar esa
problemática además de como adsorbentes los residuos agroindustriales presentan
otras opciones de aprovechamiento, a continuación se mencionarán varias de ellas:
Obtención de metabolitos de interés en algunas industrias. Al contener los
residuos desechados por la agroindustria altas cantidades de hemicelulosa,
lignina y pectina son útiles para la síntesis de enzimas utilizadas en la
industria como la celulasa.
Otras enzimas que se puede obtener de estos residuos son las xilanolíticas,
que son útiles en procesos de la industria alimentaria y para la obtención de
alimentos para animales (harinas, pastas) y en la industria química en
procesos de blanqueamiento.
Generación de bioenergéticos como bioetanol, biodiesel, biohidrógeno y
biogás (Saval, 2012).
9
Valorización térmica, al someterse el residuo a un proceso térmico disminuye
su volumen y se puede obtener energía (Yepes et al., 2008).
Uso como mejoradores o acondicionadores del suelo. A partir de ellos se
pueden obtener fertilizantes como el compost que mejoran la estructura del
suelo y proporcionan una cantidad adecuada de materia orgánica reduciendo
así el uso de fertilizantes químicos. El compost es un producto obtenido
mediante la descomposición a temperaturas y condiciones de humedad
controladas, este producto es ampliamente utilizado en agricultura como
abono de suelos (Yepes et al., 2008; Dai et al., 2018).
Algunos residuos provenientes de cultivos también serán útiles como alimento
directo para animales, esta es una buena alternativa a la quema de paja que
evita emisiones de grandes cantidades de CO2 a la atmósfera (Dai et al.,
2018).
3. CONTAMINANTES INORGÁNICOS
Entre los principales contaminantes de aguas encontramos los metales pesados,
cloruros, sulfuros, nitratos y carbonatos además de algunos óxidos como el óxido de
azufre, ácidos inorgánicos y gases tóxicos. Algunos de estos contaminantes
presentan entre sus características una alta solubilidad, lo que les permite causar un
mayor impacto en el medioambiente.
Estos contaminantes provienen de industrias, hogares o de medios naturales y
pueden llegar al medio de diferentes formas:
Introducción de sustancias en el terreno: la aplicación de sustancias en suelo
o aire puede provocar que el contaminante acabe en el medio acuático.
Vertidos: aunque no se realicen directamente sobre el medio acuático el
contaminante puede movilizarse afectando a las aguas.
A través de descargas planificadas de sustancias como regadío o escorrentía
urbana.
Modificación de ecosistemas naturales: La alteración de procesos naturales
puede llevar a la aparición de contaminantes.
Por acciones naturales como erupciones volcánicas (Tipos de contaminación,
(s.f).n/a; Candela, 2002).
10
Entre los contaminantes inorgánicos más problemáticos encontramos los metales
pesados. Los metales pesados son elementos químicos metálicos de alta densidad
complejos de eliminar del medio que pueden presentar toxicidad incluso cuando
están presentes en el medio en bajas concentraciones. Algunos de estos metales
son el mercurio (Hg), cadmio (Cd) o el plomo (Pb). Son sustancias difíciles de
eliminar del organismo al no tener funciones biológicas específicas en seres vivos,
aunque si están presentes en ellos en cantidad traza (Méndez et al., 2008).
Industria Metales Contaminación derivada
Minería de metales ferrosos
Cd, Cu, Ni, Co, Zn Drenaje ácido de mina, relaves, escombreras
Extracción de minerales As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn Presencia en las menas
Fundición As, Cd, Pb, Tl Procesado del mineral para obtención de metales
Metalúrgica Cr, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn Procesado térmico de metales
Aleaciones y aceros Pb, Mo, Ni, Cu, Cd, As, Te, U, Zn
Fabricación, eliminación y reciclaje de metales. Relaves y escoriales
Gestión de residuos Zn, Cu, Cd, Pb, Ni, Cr, Hg, Mn
Incineración de residuos o en lixiviados
Corrosión metálica Fe, Cr, Pb, Ni, Co, Zn Inestabilidad de los metales expuestos al medioambiente
Galvanoplastia Cr, Ni, Zn, Cu Efluentes líquidos de procesos de recubrimiento
Pinturas y pigmentos Pb, Cr, As, Ti, Ba, Zn Residuos acuosos procedentes de la fabricación y el deterioro de la pintura vieja
Baterías Pb, Sb, Zn, Cd, Ni, Hg Fluido de pila, contaminación del suelo y aguas subterráneas
Electrónica Pb, Cd, Hg, Pt, Au, Cr, As, Ni, Mn
Residuos metálicos acuosos y sólidos desde el proceso de fabricación y reciclaje
Agricultura y ganadería Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn, AS, Mn, Cu
Contaminación de escorrentía, aguas superficiales y subterráneas
Figura 2. Principales fuentes de contaminación por metales pesados. Fuente: (Ivan
et al., 2015)
11
La principal problemática que presentan los metales pesados es que son
susceptibles a la bioacumulación y biomagnificación en organismos vivos. Los
organismos asimilan y concentran estos metales presentes en el medio acuático y
los retienen en sus tejidos avanzando así en la cadena trófica. Otros procesos como
la complejación, oxidación y reducción llevados a cabo por microorganismos
presentes en el medio pueden aumentar la movilidad y disponibilidad de los
contaminantes aumentado así también su toxicidad. Es el caso del Cr (III) que no
presenta toxicidad y tiene una movilidad reducida en el ambiente, sin embargo al
sufrir procesos de oxidación reducción formaría Cr (IV) que es muy tóxico y móvil
(Alguacil & Merino, 1998).
A continuación se exponen algunas de las técnicas convencionales empleadas para
eliminación de contaminantes inorgánicos.
Algunas de las técnicas convencionales consisten en el uso de membranas:
Electrodiálisis. Utilizan membranas permeables para la eliminación de iones
cargados mediante intercambio iónico.
Ósmosis inversa. Los contaminantes se eliminan mediante difusión
controlada.
Nanofiltración. Esta técnica emplea membranas con tamaños de poro muy
bajos a una presión determinada.
Intercambio iónico. Los iones quedan retenidos en una matriz sólida.
Floculación-coagulación, electrofloculación y flotación.
La desventaja de estas técnicas es que en algunos casos pueden ser selectivas,
presentar altos costos, y pueden presentar un diseño de operación complicado
frente a la adsorción.
La adsorción también puede considerarse una técnica convencional, sin embargo,
podremos hablar de ella como una técnica no convencional si empleamos como
adsorbentes materiales como residuos agroindustriales y urbanos, bioadsorbentes,
técnicas de fitotecnología, hidrogeles o ceniza volante (Ivan et al., 2015).
Según Tejada-Tovar et al. (2015), las ventajas que presenta la adsorción utilizando
técnicas y materiales no convencionales son:
Alta eficiencia.
Posibilidad de bajo consumo energético.
12
Posibilidad de no adición de productos químicos o adición en bajas
cantidades de químicos.
Bajo costo.
Regeneración de adsorbentes y recuperación de contaminantes, por ejemplo,
recuperación de metales.
Fácil diseño de operación.
3.1. Mercurio
El mercurio es un elemento que presenta una alta toxicidad y es capaz de formar
compuestos peligrosos muy estables. Proviene de fuentes naturales como la emisión
de gases volcánicos o de actividades industriales (industria minera, industria del
cloro, industria papelera e industria eléctrica) (Ramírez et al, 2004).
Uno de los principales problemas que presenta el mercurio es que se bioacumula y
se biomagnifica en la cadena trófica (Soraya Paz et al., 2017).
Uno de los materiales que presenta buenos resultados en la eliminación de mercurio
es el quitosano. El quitosano tiene una estructura molecular similar a la de la
celulosa y se puede obtener a partir del exoesqueleto de mariscos y crustáceos
(Babel & Kurniawan, 2003) mediante la desacetilación de la quitina (Dima & Zaritzky,
2019). El quitosano es un compuesto altamente hidrofílico y sus grupos funcionales
presentan alta reactividad en sus grupos funcionales, a esto se le suma que posee
una estructura flexible en su cadena polimérica, estas propiedades le permiten ser
un buen adsorbente (Palacios & Carrillo, 2018).
Estudios llevados a cabo para la eliminación de Hg2+ demuestran que una reducción
en el tamaño de partícula del quitosano aumentaría la superficie especifica de este
permitiendo eliminar una mayor cantidad del contaminante llegando hasta los 815
mg/g de Hg2+ utilizando un tamaño de partícula de 1.25 a 2.5 mm, con respecto a los
430 mg/g obtenidos en estudios anteriores en los que se usaron tamaños de 0.21–
1 mm (Babel & Kurniawan, 2003).
13
Adsorbente Metal Temperatura (K)
pH Capacidad máxima (mg/g)
Cáscara de Hg (II) 308 6.0 6.60 cacahuete Cáscara de arroz Hg (II) 303 6.5 75.19 (sin modificar) Paja de arroz Hg (II) - 91.74 (sin modificar) Cáscara de arroz Hg (II) - 98.33 (funcionalizada con azufre) Paja de arroz (funcionalizada con Hg (II) - 125.00 Azufre) Paja de arroz Hg (II) 313 5.0 500.00
Tabla 1. Capacidad máxima de adsorción de mercurio según varios estudios
mediante el uso de varios adsorbentes (Dai et al., 2018).
3.2 Cadmio
Llega al suelo a través de productos químicos usados en la agricultura llegando a
movilizarse a medios acuáticos (Acosta & Montilla, 2011).
Algunos procesos responsables de la presencia de cadmio en aguas son la
fabricación de plásticos, pigmentos y baterías.
Algunos de sus compuestos no son solubles en aguas, sin embargo, se solubilizan
en presencia de otros compuestos. Otros son totalmente solubles en aguas. El
cadmio se bioacumula en plantas, mamíferos, crustáceos y moluscos llegando a la
cadena trófica. Puede ser altamente tóxico en seres vivos se concentra en hígado,
riñones, páncreas y tiroides y es causante de enfermedades crónicas como cáncer e
hipertensión (Ordóñez & Moreno, 2013).
Un estudio revela que es posible la remoción de cadmio en aguas utilizando
residuos industriales y urbanos. Los materiales utilizados para este estudio fueron:
harina de huesos de animales procedente de la industria cárnica, lodos procedentes
de la industria papelera y filtros de diatomeas procedentes de residuos de la
industria cervecera (Villora et al., 2004).
14
En el estudio llevado a cabo por Villora et al. (2004), con el fin de eliminar la materia
orgánica los materiales se sometieron a tratamientos térmicos de calcinación en el
caso de la harina de huesos y de secado para los lodos de papelera y las diatomeas
obtenidas en la industria cervecera.
A partir de estos materiales se obtuvieron anillos Raschig. Estos anillos son cilindros
huecos cuyo diámetro exterior es igual a su altura. Para la formación de los anillos
de Rasching se utilizaron varios procesos y aditivos:
Colaje en molde de escayola. En este proceso se utilizaron como aditivos un
poliacrilato sódico y carboximetil celulosa.
Prensado uniaxial. El aditivo que se utilizó en este caso fue un plastificante
polisacárido.
Para el proceso de extrusión se utilizó alcohol polivinílico.
Se obtuvieron diferentes resultados para cada proceso (Villora et al., 2004).
Figura 3. Porcentaje de adsorción de cadmio en función del tiempo de los tres
procesos utilizados la formación de anillos de Raschig. Fuente: (Villora et al., 2004).
3.3 Arsénico
El arsénico es una de las sustancias contaminantes más preocupantes a nivel
mundial. Esta sustancia se encuentra de forma natural en la corteza terrestre y se
librera a través de procesos como erupciones volcánicas y erosión. También llega al
medio a través de procesos llevados a cabo por industrias como la minera. El
arsénico está presenta en productos utilizados en la agroindustria para el control de
15
plagas, en medicina en tratamientos para combatir la leucemia, también son usados
para producir conservadores de madera (Diego et al., 2017).
Se ha demostrado que su consumo debido a su presencia en aguas presenta tanto
efectos agudos como enfermedades crónicas. Algunos de sus efectos a largo plazo
son cáncer de piel vejiga y pulmón, problemas en el desarrollo el sistema nervioso
central, enfermedades cardiovasculares y problemas en el embarazo, llegando a
causar abortos espontáneos (Cáceres, 2007.). También puede producir inflamación
de estómago e intestino, perforaciones en órganos, necrosis en hígado y riñón,
hinchazón en manos y pies y cambios en el color de la piel (Diego et al., 2017).
Según Franco & Magalí (2014), algunos de los tratamientos disponibles actualmente
para la eliminación de arsénico en aguas son:
Ósmosis inversa.
Microfiltración.
Nanofiltración.
Fitorremediación.
Electrodiálisis.
Adsorción.
Sin embargo, algunos de los tratamientos convencionales más utilizados son la
eliminación por precipitación química y tratamientos de oxidación-reducción (Carrillo-
Pedroza et al., 2014).
En cuanto a la adsorción, se han llevado a cabo ensayos de eliminación de arsénico
en aguas residuales provenientes de industria realizando pruebas de adsorción por
lotes que demuestran que pueden usarse residuos producidos por la industria
metalúrgica con resultados favorables. Se utilizaron materiales basados en óxidos
de hierro contenidos en residuos provenientes de la industria del acero. Estos
productos presentan las siguientes ventajas:
Fácil recuperación por magnetismo.
Bajo costo.
Alta disponibilidad.
Se obtuvieron buenos resultados para la eliminación de arsénico, se adsorbió hasta
el 80% de contaminante presente en la muestra en un tiempo de 60 minutos.
16
Se ha demostrado que los óxidos de hierro pueden ser útiles en la adsorción de
cromo en aguas residuales, sin embargo, su eficiencia puede disminuir en presencia
de otros iones (Carrillo-Pedroza et al., 2014).
Figura 4. Capacidad de adsorción en función del tiempo del arsénico y cromo por
óxidos de hierro (Carrillo-Pedroza et al., 2014).
Adsorbente Metal Temperatura (K)
pH Capacidad máxima (mg/g)
Cáscara de banano As (III) 308 7 1.03 (Chica & Lissette, 2018) Tallo de banana As (III) - 6 31.45 (Chica & Lissette, 2018) Paja de trigo As (III) 298 4 43.15 (Dai et al., 2018) Cáscara de castaño 318 9.3 0.27 (Dai et al., 2018)
Tabla 2. Capacidades máximas de adsorción para la remoción de arsénico según
varios estudios.
3.4 Nitrógeno y fósforo
El nitrógeno como contaminante ha generado problemas medioambientales
afectando a la calidad del agua. Es responsable de problemas como acidificación de
ríos y lagos, eutrofización de medios marinos así como en agua dulce generándose
17
como problema añadido la aparición de algas tóxicas. Además de los problemas
citados anteriormente puede afectar directamente a la salud de los seres vivos.
Las formas inorgánicas de nitrógeno más comunes causantes de problemas
medioambientales son el amonio (NH4+), el nitrito (NO2
-) y el nitrato (NO3-). Aunque
pueden llegar al medio de manera natural, la actividad humana es capaz de alterar
el ciclo del nitrógeno aumentando su presencia en muchas regiones del planeta
(Camargo & Alonso, 2007).
Fuentes puntuales
Residuos y vertidos de granjas de animales, piscifactorías continentales y centros de acuicultura marina.
Vertidos industriales y municipales sin un tratamiento adecuado.
Procesos de escorrentía e infiltración en basureros.
Fuentes difusas
Procesos de escorrentía e infiltración en campos de cultivo.
Procesos de escorrentía e infiltración en praderas y bosques quemados.
Emisiones a la atmósfera provenientes del uso de combustibles fósiles y fertilizantes y la posterior deposición atmosférica sobre las aguas superficiales.
Figura 5. Principales fuentes antropogénicas de contaminación por nitrógeno en
aguas. Fuente: (Camargo & Alonso, 2007).
El fósforo también es causante de eutrofización de medios acuáticos. Aunque los
vertidos domésticos se han considerado como su principal fuente de emisión al
medio a través de detergentes, su aplicación en suelos agrícolas es considerada
actualmente como su fuente de emisión al medio más problemática. Cuando el
fósforo se aplica en suelos en altas cantidades puede movilizarse hacia medios
acuáticos (Álvarez & Fernández., 2011).
Varios estudios revelan que además de metales pesados los residuos
agroindustriales pueden ser usados en la adsorción de nitrógeno y fósforo en aguas
contaminadas. Se han utilizado materiales como la cáscara de arroz en la
eliminación de iones amonio alcanzándose hasta capacidades máximas de
adsorción de 71.94 mg/g y de 133.33 mg/g usando madera como adsorbente se
han obtenido adsorciones menores en semilla de aguacate como adsorbente, hasta
5.40 mg/g. También se consiguió una adsorción de hasta 205 mg/g de capacidad
máxima en compuestos derivados del almidón (Dai et al., 2018).
18
En fosfatos se ha estudiado también el uso de residuos agroindustriales como
adsorbentes, obteniéndose en adsorbentes basados en pulpa de soja capacidades
máximas de adsorción de 16.43 mg/g (Dai et al., 2018).
En conclusión, los residuos agroindustriales pueden adsorber fósforo y nitrógeno a
través de varios mecanismos como la quimiosorción, fisiosorción o intercambio
catiónico llegándose a alcanzar buenos resultados para varios adsorbentes (Dai et
al., 2018).
4. CONTAMINANTES ORGÁNICOS
Cuando hablamos de contaminantes orgánicos encontramos una especial
preocupación por los contaminantes emergentes. Los contaminantes emergentes
son compuestos de los que desconocemos algunas propiedades y algunos posibles
efectos a largo plazo, y que pueden presentar una amenaza para el medioambiente,
estos pueden encontrarse aún sujetos a estudios y no estar regulados por ley.
Procedentes de hogares e industrias, algunos de estos contaminantes
se encuentran en compuestos farmacéuticos humanos y veterinarios, productos para
el cuidado personal (PPCP), pesticidas, productos químicos para la limpieza del
hogar o colorantes (Cabrita et al., 2010; Grassi et al., 2012).
Figura 6. Fuentes y rutas principales de los contaminantes emergentes (Ways et al.,
2018).
19
Los contaminantes emergentes son principalmente de carácter orgánico, su
presencia no es nueva, pero sus consecuencias generan preocupación actualmente
debido a la escasa información acerca de ellos.
Provienen de compuestos ampliamente consumidos, por lo que son introducidos
continuamente en el medio, esto genera que aunque algunos de ellos no sean
persistentes están siempre presentes en el medio.
Pueden encontrarse en bajas concentraciones y sus efectos no siempre son
negativos a corto plazo en seres vivos, sin embargo, no existen suficientes estudios
sobre sus efectos a largo plazo.
En cuanto a los seres vivos, algunos efectos preocupantes son las alteraciones en el
crecimiento, en la reproducción y en el sistema inmunológico, uno de los efectos
más estudiados es la feminización en algunos organismos acuáticos.
Entre sus propiedades más preocupantes encontramos que son resistentes a la
degradación fotoquímica y biológica y que son más solubles en tejidos animales que
en el agua generando problemas de bioacumulación y biomagnificación. Además en
los tejidos pueden metabolizarse hacia otras sustancias más tóxicas (Álvarez
Torrellas, 2017).
Entre los contaminantes orgánicos encontramos una gran variedad de compuestos
por lo que su eliminación dependerá de las propiedades particulares de cada
contaminante. El uso de tratamientos convencionales puede no ser eficaz, se han
detectado compuestos que incluso tras varios tratamientos se mantienen en el
medio sin ser alterados. Es aquí donde reside la importancia de la búsqueda de
alternativas que permitan reducir la cantidad de contaminante presente en el medio
a un bajo costo económico y energético. A continuación se describen algunas de las
técnicas utilizadas en la eliminación de contaminantes inorgánicos.
Entre los procedimientos convencionales encontramos tratamientos fisicoquímicos
como la coagulación, la floculación y la ultrafiltración. Sin embargo, estos
procedimientos han demostrado poder ser ineficaces y en ocasiones han de ser
acompañados por tratamientos suplementarios.
Por otro lado, algunos de los procedimientos prometedores son:
Tratamientos biológicos. Pueden convertir contaminantes orgánicos en
biomasa que se separará posteriormente por oxidación. Este tratamiento no
es eficaz para todos los contaminantes orgánicos.
20
Tratamientos con membranas. Entre las técnicas que emplean membranas
existen resultados eficaces mediante el empleo de biorreactores, sin
embargo, algunos de estos procedimientos se encuentran aún en desarrollo.
La adsorción es una buena opción para la remoción de contaminantes orgánicos ya
que no genera subproductos. Se han utilizado como adsorbentes materiales
convencionales como el carbón activado, arenas y zeolitas. Aun así, puede ser un
proceso costoso, de ahí la búsqueda de adsorbentes alternativos (Janet et al.,
2012).
4.1. Colorantes
Algunos estudios han centrado su atención en la búsqueda de adsorbentes
producidos a partir de fuentes naturales llamados adsorbentes no convencionales.
Estos adsorbentes se obtendrían a partir de residuos de la industria alimentaria y
agrícola. A diferencia de los adsorbentes convencionales, no necesitan un proceso
de activación necesariamente, aunque en algunos casos podría mejorar la
capacidad de adsorción. Además de que algunos han demostrado ser eficaces
adsorbentes, presentan costos más bajos que materiales convencionales como el
carbón activado o las arcillas y encuentran una aplicación a residuos que
tradicionalmente no han tenido ningún fin, resolviendo problemáticas tales como las
que generan la presencia de tintes y colorantes entre otros contaminantes en aguas.
La presencia de colorantes en aguas influye en la penetración de la luz perturbando
el equilibrio ecológico en medios acuáticos, se generan variaciones en la fotosíntesis
de las plantas, en el crecimiento de bacterias y en las actividades biológicas de los
organismos (Valladares-Cisneros et al., 2017). El azul de metileno (AM) es un
colorante utilizado en industrias textiles, además del impacto que causa cuando
genera color en efluentes líquidos, aunque no se considera tóxico puede generar
problemas de salud en humanos y animales. Para la eliminación de Azul de Metileno
(AM) encontramos posibles adsorbentes no convencionales que muestran buenos
resultados. Un estudio reveló que mediante un sencillo tratamiento podríamos
obtener buenos resultados utilizando la cascarilla de arroz como adsorbente. El
tratamiento consistió en lavar la cascarilla de arroz repetidas veces con agua
desionizada y someterla a un secado en un horno a 80°C durante 24h. Después se
sometió a un proceso de molido y tamizado para obtener un tamaño de partícula de
0.25-0.75 mm logrando una eliminación máxima del 99% de contaminante a pH= 9.0
21
(Moreno et al., 2012). Otros estudios demuestran que es posible una adsorción
máxima de 1055 mg/g de AM utilizando dermis de fruto de cebolla y de 640 mg/g de
AM utilizando como adsorbente cáscara de Pitahaya (Valladares-Cisneros et al.,
2017).
Precursor Temperatura (ºC) / tiempo de carbonización (h)
Tratamiento químico
Remoción (%)
Raíz de vetiver 800/ 1 H3PO4 68 Tallo de algodón - ZnCl2 90 Residuo de coco 700/ - ZnCl2 100 Residuo de albaricoque 500/ 1 ZnCl2 96
Tabla 3. Eliminación de azul de metileno mediante adsorción utilizando como
precursores de carbón activado residuos agroindustriales (Sepúlveda-Cervantes,
2012).
Otros colorantes como el verde de malaquita también pueden producir problemas en
organismos vivos. El colorante verde de malaquita se utiliza en tinción de papel y
seda y como funguicida. El principal problema de este colorante es que se acumula
en organismos acuáticos llegando a ser consumidos por los humanos. Esta
sustancia puede producir enfermedades respiratorias, cáncer y mutagénesis entre
otras enfermedades crónicas (Sepúlveda-Cervantes, 2012). Varios estudios revelan
que es posible su eliminación mediante el uso de residuos procedentes de la
agroindustria.
Precursor Temperatura (ºC) Agente Área superficial Diámetro de Capacidad y tiempo (min) activante (m2/g) poro (n/m) de de activación adsorción (mg/g)
Cáscara 778/102 KOH 988.24 2.56 329.49 de rambután Fibra de 700/60 ZnCl2 205.27 --- 27.44 coco Hojas 450/60 NaOH 423 0.51 256.4 usadas para té
22
Raíz de 300/60 --- 158 2 8.69 Arundo Donax Residuos 500/60 ZnCl2 1060 2.98 116.27 de albaricoque
Figura 7. Capacidad de adsorción de verde de malaquita en varios residuos
agroindustriales utilizados como material precursor de carbón activado
Fuente: (Sepúlveda-Cervantes, 2012).
4.2 Fármacos
Los fármacos son productos ampliamente utilizados en todo el mundo. Aunque son
productos destinados a mejorar la salud, pueden presentar efectos secundarios.
Cuando los productos farmacéuticos procedentes de hospitales, la industria
farmacéutica y hogares llegan al medioambiente pueden causar problemas en
animales con órganos o tejidos similares a los humanos. Aunque se han estudiado
los posibles efectos a corto plazo de los fármacos como contaminantes los efectos a
largo plazo son aún desconocidos. Además, existen numerosos tipos de fármacos,
se desconocen los efectos causados por la mezcla de estos. Los tratamientos
convencionales usados en aguas suelen no ser suficientes para la eliminación de
fármacos (Peñate et al., 2009). El acetaminofeno o paracetamol es un analgésico
común, una alta dosis de este compuesto no es absorbida por el cuerpo y llega al
medioambiente a través de su excreción. Se estudió la eliminación de este
compuesto del agua utilizando carbones activados obtenidos a partir de varios
residuos de desechos urbanos y agroindustriales y se compararon con carbones
comerciales. Como residuo agroindustrial se usó el polvo de corcho, que se obtiene
como residuo durante el procesamiento del corcho y hueso de melocotón que es un
residuo lignocelulósico. Como residuo urbano se utilizó tereftalato de polietileno
(PET) que se obtiene de botellas de plástico usadas. Siendo PP el adsorbente
obtenido del PET, CC del polvo de corcho, CP del hueso de melocotón, B carbón
comercial y NS un adsorbente comercial obtenido de la madera (Cabrita et al.,
2010). Los resultados se muestran en la siguiente gráfica:
23
Figura 8. Capacidad de adsorción de varios materiales en muestras de agua
contaminadas con paracetamol.
Aunque los mejores resultados en este caso se obtuvieron para el adsorbente NS,
encontramos que los adsorbentes producidos a partir de polvo de corcho (CC) y de
hueso de melocotón obtuvieron buenos resultados. No fueron tan buenos resultados
para el PET (PP) (Cabrita et al., 2010).
Residuos agroindustriales
Contaminante orgánico
pH Temperatura (K)
Capacidad máxima de adsorción (mg/g)
Paja de arroz Tetraciclina 5.5 298 14.16 Bagazo modificado Tetraciclina 6.8 303 48.35 de caña de azúcar Cáscara de arroz Fluoroquinolona 5.1 309 63.50 Cáscara de avellana Tetraciclina 5.0 293 312.50 Oxitetraciclina 322.60 Clortetraciclina 333.30
Tabla 4. Capacidad de adsorción de varios residuos agroindustriales para fármacos
(Dai et al., 2018).
24
4.3 Pesticidas
Muchos pesticidas provienen de compuestos organoclorados u organofosforados. La
procedencia de estos contaminantes en efluentes líquidos son los vertidos
industriales sin tratamiento o con tratamiento insuficiente o su filtración a través del
terreno. Existen muchos tipos de pesticidas y deben tratarse como un residuo
peligroso. Los organoclorados son sustancias muy estables no biodegradables. Son
liposolubles por lo que son bioacumulables en la cadena trófica. La mayoría son
cancerígenos y afectan al sistema nervioso (Padilla Vivas et al., 2005). Los
organofosforados no son tan persistentes en el ambiente, aun así, son muy tóxicos,
sobre todo en vertebrados (Pierre & Betancourt , 2007).
El biochar ha sido utilizado en enmiendas para suelos en la adsorción de pesticidas.
El uso de biochar para disminuir la disponibilidad de pesticidas afecta directamente a
su presencia en aguas superficiales y subterráneas (Liu et al., 2018). El biochar se
puede considerar una de las alternativas al uso de carbón activado en el tratamiento
de aguas. Se puede producir a partir de residuos agroindustriales a bajo costo. Por
otra parte, puede dar solución a una mala gestión de estos residuos, que aportan
materia orgánica al agua o contribuyen a la pérdida de calidad del aire y a la
producción de gases de efecto invernadero cuando son quemados. El biochar es un
producto que se obtiene al someter biomasa a un tratamiento térmico en condiciones
reducidas de oxígeno o anaerobias. Las principales características del biochar son
similares a las de los carbones activados, tienen alto contenido en carbono,
presentan una elevada superficie específica y una porosidad similar a la del carbón
activado (Cantor & Castañeda , 2018).
Aunque reducir la cantidad de pesticidas en suelos es una buena opción, también se
ha estudiado el uso de adsorbentes para la eliminación en muestras de agua. Se ha
demostrado que es posible eliminar por encima de 70 mg/g de
naftaleno, comúnmente usado en insecticidas, utilizando carbón activado sintetizado
a partir de tereftalato de polietileno (PET) que se puede obtener a partir de residuos
industriales, en concreto del reciclaje de plásticos (Álvarez, 2009).
El ácido 2,4-diclorofenoxiacético es un herbicida ampliamente utilizado que se ha
catalogado como cancerígeno y mutagénico. Para su eliminación se utilizaron
cenizas volantes de bagazo obteniéndose adsorciones de hasta 332 mg/g de
contaminante en agua (Vidal et al., 2018; Deokar et al., 2016).
25
Otros compuestos como el fenol son utilizados en la síntesis de funguicidas,
bactericidas y desinfectantes (Rui et al., 2011), se ha demostrado que se pueden
remover hasta 7.23 mg/g de este contaminante en aguas mediante procesos de
adsorción a pH 5 y temperatura de 313 K utilizando residuos de Thypa orientalis
usada en la industria alimentaria (Dai et al., 2018).
5. TECNOLOGÍAS APLICADAS EN LA ADSORCIÓN
La adsorción es un proceso en el que interactúan un adsorbato y un adsorbente
produciéndose una transferencia de masa entre ellos. Cuando la interacción es de
tipo físico la atracción es débil por lo que el resultado del proceso puede ser
reversible, ocurre lo contrario si la interacción fuera de tipo químico (Grassi et al.,
2012). La importancia de esto reside en que cuando empleamos materiales como el
carbón activado en la eliminación de contaminantes en aguas, los mecanismos de
adsorción son fundamentalmente físicos, por lo que se puede extraer fácilmente el
contaminante de la superficie del adsorbente una vez llevado a cabo el proceso
(Sotelo et al., 2004). La adsorción es una técnica ampliamente utilizada debido a la
simplicidad en su diseño y operación (Dima & Zaritzky, 2019).
Los factores que influirán en el proceso de adsorción estarán relacionados con el
adsorbente, el adsorbato, el medio en el que se desarrolla el proceso y la presencia
de otras sustancias.
Con respecto al adsorbente, una mayor superficie específica será la responsable de
una mayor adsorción. También serán determinantes el tamaño de poro y la
naturaleza química de la superficie.
Para el adsorbato influirán el peso molecular y el tamaño, mayores pesos
moleculares en el adsorbato presentan mayor afinidad por el compuesto adsorbido.
Otros factores como la presencia de grupos funcionales, la solubilidad, polaridad y el
grado de ionización también serán determinantes (Álvarez Torrellas, 2017).
En cuanto al medio, serán importantes el pH y la temperatura.
La presencia de otros compuestos puede interferir de forma positiva o por el
contrario puede aumentar el tiempo de adsorción, disminuir las capacidades
máximas de adsorción o incluso bloquear el proceso.
El proceso de adsorción en fase líquida puede ser llevado a cabo mediante distintos
métodos. Para su correcto diseño, en cada caso el proceso de adsorción debe
26
estar asociado a un modelo teórico adecuado. (Yurley, 2012). A continuación, se
presentan algunos de los procesos y modelos teóricos más comunes.
5.1 Sistemas en continuo o en lecho fijo
Se hace pasar un flujo continuo a través de un lecho de carbón activado o de otro
adsorbente con un tamaño de partícula bajo. Esta operación permite un uso eficiente
del carbón activado y se puede aplicar en procesos a grandes escalas. (Sotelo et al.,
2004).
Los contaminantes se separan cuando el agua fluye a través de la columna de
adsorción, la concentración va disminuyendo con la distancia, hasta llegar a 0 en
algunos casos (Yurley, 2012; García-Rojas et al., 2012).
Una buena opción para este caso es el uso de contactores presurizados de
flujo descendente (Aymat, 2017).
Figura 9. Esquema sencillo de un contactor de flujo descendente. Fuente: (Aymat,
2017)
5.1.1 Sistemas en discontinuo o de tanque agitado
Se introduce el adsorbente en la fase acuosa y se separa por filtración o
sedimentación tras la adsorción. Requiere un tamaño pequeño de partícula para
altas velocidades de adsorción y se pueden utilizar varios tanques para obtener el
mejor rendimiento. Suelen funcionar mediante agitación mecánica o por burbujeo. Es
una técnica muy utilizada en estudios de laboratorio (Yurley, 2012; Coronel,
2017), aunque también es adecuada para el tratamiento de aguas con bajas
cantidades de contaminante(Sotelo et al., 2004) como fármacos. Las isotermas
de Freundlich o de Langmuir serán relaciones de equilibrio adecuadas en
este proceso (García-Rojas et al., 2012).
27
Figura 10. Esquema de operación en tanque agitado. Fuente: (Sotelo et al., 2004).
5.2. Estudio de los modelos termodinámicos y cinéticos
5.2.1 Equilibrio de adsorción
El equilibrio del proceso se describe mediante isotermas de adsorción. Las
isotermas de adsorción muestran cómo se comportarán el adsorbato y el
adsorbente durante el proceso. Los modelos Langmuir y Freundlich serán útiles para
los procesos estudiados.
El modelo de Langmuir asume que el proceso de adsorción sucederá en monocapa
y las moléculas se adsorben en una superficie homogénea con una separación
suficiente para no interactuar con el resto de moléculas adsorbidas.
𝑞𝑒 =𝑞𝑚𝑎𝑥𝐾𝐿𝐶𝑒
1 + 𝐾𝐿𝐶𝑒
Ecuación 1. Ecuación de Langmuir.
Cuando la duración del proceso permite alcanzar el equilibrio la cantidad de masa
adsorbida de contaminante será constante por lo que se denomina qe.
En la ecuación qmax será la capacidad máxima de adsorción, Ce la concentración en
el equilibrio y KL es una constante que definirá la afinidad entre el adsorbato y
adsorbente.
El modelo de Freundlich se aplica en procesos de adsorción multicapa considerando
una superficie no homogénea energéticamente del material. No asume un límite de
28
carga máxima de adsorción. A continuación se presenta la ecuación de Frendlich.
En la ecuación KF y n representan la capacidad e intensidad del proceso (Castellar-
Ortega et al.,2019; Álvarez Torrellas, 2017).
𝑞𝑒 = 𝐾𝐹𝐶𝑒1/𝑛
Ecuación 2. Ecuación de Frendlich.
5.2.2 Cinética de adsorción
La adsorción es un proceso dependiente del tiempo, es necesario conocer la
velocidad en alcanzar el equilibrio de adsorción del sistema. En este proceso
intervendrán también las propiedades del adsorbato (concentración) y del
adsorbente (carga).
Los modelos de Lagergren de pseudo primer orden, pseudo segundo orden
y Elovich son adecuados para describir la cinética de adsorción.
En el Modelo de pseudo primer orden se identifica la adsorción como una reacción
química donde su velocidad es proporcional a la concentración del reactivo (reacción
química de primer) orden a través de la ecuación de Lagergren donde K1 será la
constante de velocidad, independiente de la concentración:
𝑙𝑛(𝑞𝑒 − 𝑞) = 𝑙𝑛 𝑞𝑒 − 𝑘1 ∙ 𝑡
Ecuación 3. Modelo de pseudo primer orden (Ecuación de Lagergren).
En el modelo de pseudo segundo orden también se supone una reacción química,
pero en este caso se supone una reacción de segundo orden descrita por la
siguiente ecuación, donde K2 será la constante cinética:
𝑡
𝑞=
1
𝑘2 ∙ 𝑞𝑒2
+𝑡
𝑞𝑒
Ecuación 4. Modelo de pseudo segundo orden.
29
El modelo de Elovich se aplica en procesos de quimiadsorción suponiendo una baja
velocidad de adsorción o un proceso irreversible. La velocidad de adsorción
disminuye con el tiempo.
A continuación se presenta la ecuación de Elovich donde α es la velocidad inicial de
adsorción y β se relaciona con la energía de activación de quimiadsorción proceso
(Castellar-Ortega et al.,2019; Álvarez Torrellas, 2017):
𝑑𝑞𝑡
𝑑𝑡= 𝛼𝑒−𝛽𝑞𝑡
Ecuación 5. Ecuación de Elovich.
6. PERSPECTIVAS FUTURAS
En la actualidad, aún existe el desconocimiento de técnicas correctas para el
aprovechamiento y la correcta gestión de residuos en algunas industrias como la
agroindustria, así como la incorrecta utilización de productos contaminantes. Estas
incorrectas actuaciones son causantes potenciales de contaminación de suelos y
aguas a nivel mundial. A esto se le suma el interés por el beneficio económico por
parte de los empresarios, que aun cumpliendo con las normativas vigentes tienden a
encontrar procesos más económicos en la gestión de residuos que pueden no ser
los más beneficiosos para el medioambiente.
La reutilización de materiales agroindustriales en eliminación de contaminantes
además de la disminución en sí de la presencia de contaminantes en agua
disminuye la contaminación causada por estos residuos en el ambiente, ya sea
evitando emisiones de CO2 a la atmósfera por la quema de residuos o la
contaminación orgánica al descomponerse la materia.
Los residuos urbanos son también potencialmente contaminantes, como es el caso
de los metales pesados emitidos por industrias como la metalúrgica o minera, este
caso es similar al de los residuos agroindustriales, el aprovechamiento de estos
residuos además de contribuir a su disminución en el ambiente es útil en la
eliminación de contaminantes.
Aunque los varios estudios mencionados en el trabajo presentan nuevos materiales
como adsorbentes y para la síntesis de carbonos activos que pueden reemplazar los
costosos adsorbentes convencionales, en ocasiones pueden no tener en cuenta los
30
impactos causados por altos consumos de energía en el sentido económico y
ambiental o el uso de productos también contaminantes como químicos por ejemplo
en la activación química para la síntesis de carbonos activados. Es por esto que es
conveniente el desarrollo e investigación en las tecnologías de adsorción a partir de
residuos (Dai et al., 2018).
7. CONCLUSIONES
En las últimas décadas, a través de procesos industriales se han introducido en
grandes cantidades en el medioambiente sustancias capaces de provocar
enfermedades y procesos en el medioambiente con devastadoras consecuencias
para los seres vivos.
Los residuos agroindustriales y urbanos han demostrado ser capaces de remover
contaminantes en aguas y a través de tratamientos mejoran su capacidad de
adsorción. Encontramos que algunos materiales de diferentes orígenes fueron
capaces de remover contaminantes inorgánicos. Se consiguió eliminar cadmio en
aguas a partir de huesos procedentes de la industria alimentaria, lodos residuales de
la industria papelera y residuos de la industria cervecera. Algunos metales también
son capaces de remover metales pesados mediante adsorción.
Por otra parte, Los desechos agrícolas han demostrado ser capaces de remover un
amplio abanico de contaminantes tanto orgánicos como inorgánicos eficazmente.
Lograr la eliminación de residuos utilizando residuos de manera eficiente puede
llegar a ser una actuación muy beneficiosa para el medioambiente además de
representar un gran avance en términos de desarrollo sostenible.
Se han presentado los adsorbentes a partir de residuos agroindustriales y urbanos
como una buena alternativa a los materiales y técnicas convencionales.
Es conveniente la investigación del uso de materiales y técnicas no convencionales
en la adsorción de contaminantes. Un uso generalizado y a gran escala de
adsorbentes creados a partir de residuos, junto a la cooperación entre empresas de
diferentes industrias puede generar beneficios económicos en varios sectores,
además de buenos resultados en la reducción de contaminación ambiental.
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htm
10. ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS Y ECUACIONES
Figura 1. Composición química de algunos residuos agroindustriales. (Dai et
al., 2018)
Figura 2. Principales fuentes de contaminación por metales pesados. Fuente:
(Ivan et al., 2015)
Figura 3. Porcentaje de adsorción de cadmio en función del tiempo de los tres
procesos utilizados la formación de anillos de Raschig. Fuente: (Villora et al.,
2004).
Figura 4. Capacidad de adsorción en función del tiempo del arsénico y cromo
por óxidos de hierro. (Carrillo-Pedroza et al., 2014)
Figura 5. Principales fuentes antropogénicas de contaminación por nitrógeno
en aguas. Fuente: (Camargo & Alonso, 2007).
Figura 6. Fuentes y rutas principales de los contaminantes emergentes.(Ways
et al., 2018).
Figura 7. Capacidad de adsorción de verde de malaquita de varios residuos
agroindustriales utilizados como material precursor de carbón activado.
Fuente: (Sepúlveda-Cervantes, 2012).
Figura 8. Capacidad de adsorción de varios materiales en muestras de agua
contaminadas con paracetamol.
Figura 9. Esquema sencillo de un contactor de flujo descendente. Fuente:
(Aymat, 2017)
Figura 10. Esquema de operación en tanque agitado. Fuente: (Sotelo et al.,
2004).
Tabla 1. Capacidad máxima de adsorción de mercurio según varios estudios
mediante el uso de varios adsorbentes (Dai et al., 2018).
37
Tabla 2. Capacidades máximas de adsorción para la remoción de arsénico
según varios estudios.
Tabla 3. Eliminación de azul de metileno mediante adsorción utilizando como
precursores de carbón activado residuos agroindustriales (Sepúlveda-
Cervantes, 2012).
Tabla 4. Capacidad de adsorción de varios residuos agroindustriales para
fármacos (Dai et al., 2018).
Ecuación 1. Ecuación de Langmuir.
Ecuación 2. Ecuación de Frendlich.
Ecuación 3. Modelo de pseudo primer orden (Ecuación de Lagergren).
Ecuación 4. Modelo de pseudo segundo orden.
Ecuación 5. Ecuación de Elovich.