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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.

5

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:

8

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.