ES2423708B1 - Recuperación de los metales tóxicos presentes en la biomasa de programas de fitorremediación - Google Patents
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Abstract
Depositamos en un horno incinerador la biomasa procedente de fitorremediación (1). Los humos generados en dicho proceso son procesados mediante un burbujeo en una disolución de ácido sulfúrico (2) con la consecuente disolución de los metales presentes en los humos recepcionados. Dicha disolución es basificada (2) mediante con hidróxido potásico -KOH- procedente de un depósito auxiliar (3). Con esta gasificación conseguimos la precipitación de los metales anteriormente disueltos pudiendo ser retirados en forma de hidróxidos y quedando una disolución de sulfato potásico K{sub,2}SO{sub,4}- que puede ser utilizada como abono al ser diluida directamente en aguas de uso agrícola (4). Los residuos sólidos generados en la incineración son sometidos a una corriente de dióxido de carbono CO{sub,2}- (4), generando monóxido de carbono -CO- y óxidos metálicos básicos (6) de los que podemos extraer los metales correspondientes.
Description
Recuperación de los metales tóxicos presentes en la biomasa de programas de fitorremediación.
El uso de las plantas para extraer contaminantes, incluyendo metales pesados del suelo es conocido como fitorremediación. La presente invención se refiere al sistema de tratamiento del material vegetal resultado de estos tratamientos mediante su incineración a temperaturas de ochocientos grados y presión atmosférica y el consiguiente tratamiento de los humos generados. El presente procedimiento debemos encuadrarlo dentro del sector de medio ambiental ya que la contaminación del suelo por metales pesados es un problema importante en la actualidad.
Los metales del suelo, no se degradan, así que pueden acumularse en el ecosistema a través del tiempo provocando a concentraciones elevadas efectos adversos en la mayoría de los organismos; por ello, se han desarrollado técnicas para remediar a los suelos contaminados. Las técnicas tradicionales de remediación de suelos generalmente involucran prácticas convencionales de obra civil. En estos procesos físicos, químicos y térmicos principalmente se requiere remover físicamente. Debido a las limitaciones que presentan las tecnologías tradicionales de remediación surge la necesidad de utilizar técnicas alternativas como la fitorremediación y con ella la necesidad de encontrar posibles tratamientos para los restos vegetales que se generan y que presentan altas concentraciones de metales pesados. Las ventajas de la fitorremediación son varias, disminuye la cantidad de suelo perturbado, la cantidad de residuos destinados a confinamiento y la diseminación de contaminación a través del aire
o el agua. Pero a su vez presenta limitaciones, ya que se restringe a contaminaciones superficiales, puede llevar años remediar un sitio contaminado, depende de las condiciones climáticas y la biomasa de las plantas cosechadas en el tratamiento de fitoextracción puede ser clasificadas como residuo peligroso. Estas plantas conocidas como híper acumuladoras son capaces de crecer en suelos contaminados con metales tóxicos y acumularlos a niveles extraordinariamente elevados. Por definición las plantas híper acumuladoras de plomo –Pb-, Niquel –Ni-, Cobalto – Co- y Cobre –Cu- son capaces de acumular en la parte aérea más de mil miligramos de metal por kilogramo de peso seco y se han descrito más de cuatrocientas especies diferentes de plantas híper acumuladoras.
En los últimos dos decenios, la energía proveniente de la biomasa se ha convertido en la segunda fuente renovable de electricidad, después de la energía hidroeléctrica. Tal como ocurre con la energía hidroeléctrica las instalaciones de biomasa pueden proporcionar electricidad a las compañías de servicios públicos, que operan donde quiera que se necesite electricidad. Si se cultiva y cosecha apropiadamente, la biomasa puede ser una fuente renovable que puede usarse para generar electricidad cuando se necesite, sin que se produzca una contribución neta al dióxido de carbono mundial.
En el estado de la técnica actual, la biomasa generada en estos programas una vez las plantas han absorbido los contaminantes acumulados, puede ser cosechada y ser desechada. Si los contaminantes químicos orgánicos se degradan en las moléculas como el dióxido de carbono, las plantas pueden no requerir ningún método especial de eliminación.
La incineración controlada es el método más común para disponer las plantas que han absorbido cantidades grandes de contaminantes. Este proceso produce cenizas, que se pueden desechar en los sitios destinados para tal fin. Esta generación de residuos supone un importante problema para el desarrollo completo de está técnica de remediación. Por lo tanto el presente proceso supone la incineración a temperaturas de aproximadamente ochocientos grados centígrados y a presión atmosférica de toda la materia vegetal y el consiguiente tratamiento de los humos y las cenizas generadas. Con este tratamiento, más del sesenta y cinco por cien de los elementos tóxicos quedan en las cenizas y es necesario procesar de manera especial los humos para evitar el posible vertido de tóxicos en suspensión o en los vapores liberados.
Con el proceso propuesto es posible eliminar de los gases efluentes de la incineración, los elementos metálicos como el aluminio, níquel, cobre, cinc, mercurio y plomo.
El presente tratamiento consiste en el tratamiento de los humos y las cenizas generadas en los procesos de incineración controlada a los que es sometida la biomasa generada por las plantas utilizadas en la remediación de suelos contaminados con metales pesados. Entre los elementos que podemos encontrar en dichos humos generados se encuentran: aluminio –Al-, níquel –Ni-, cobre –Cu-, zinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio -Hg- y plomo – Pb-
El proceso consta de dos etapas principales.
La primera (etapa 1), burbujeo de los gases efluentes de la incineración, en una disolución de ácido sulfúrico concentrado. Los residuos de los metales volátiles al pasar por la disolución de ácido sulfúrico concentrado, todos los metales quedan como sulfatos, a excepción del plomo, el cual podría precipitar como hidrógeno sulfato de plomo
(II) - Pb(HSO4)2- según el proceso:
PbSO4 + H2SO4 → Pb (HSO4)2
El burbujeo de humos podrá realizarse para varios procesos de incineración sucesivos hasta que se alcance una concentración óptima de metales tóxicos.
Asimismo, los humos generados contienen entre un treinta y un treinta y cinco por cien de vapor de agua que irá diluyendo el ácido sulfúrico –H2SO4-en los sucesivos ciclos de funcionamiento del sistema. Esto podría eventualmente requerir la regeneración de la disolución ácida a su concentración inicial.
La etapa dos, basificación con hidróxido potásico –KOH-, comienza cuando los sulfatos alcanzan una concentración suficiente. Puede ponerse a punto un sistema doble en el cual los reactores funcionen de modo alternativo. Así, mientras uno de los reactores está en la etapa uno, el otro estaría en la dos y luego a la inversa.
Al basificar el medio con hidróxido potásico, tendrá lugar la precipitación del níquel –Ni-, cobre –Cu- y mercurio –Hgcomo óxidos hidratados. Además, se deberá neutralizar toda la acidez del medio sulfúrico mediante la reacción:
2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O
Esta reacción produce agua, que contribuirá a diluir la mezcla resultante.
La reacción que tiene lugar entre los sulfatos metálicos de níquel –Ni-, cobre –Cu-, zinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio -Hg- y plomo –Pb- con el hidróxido potásico es:
MSO4 + 2 KOH → M(OH)2 + K2SO4
Será necesario controlar el pH, que no puede ser superior a pH 11, para que la precipitación de zinc –Zn- sea efectiva, ya que se forma un hidróxido anfótero que se redisuelve en exceso de medio básico.
En el caso del aluminio –Al- precipitaría según la reacción:
6 KOH + Al2 (SO4)3 → 3 K2SO4 + 2 Al (OH)3
El cadmio –Cd-, requeriría un proceso adicional, como por ejemplo una electro-reducción, dada la solubilidad del hidróxido de cadmio -Cd (OH)2- que es de doscientos sesenta miligramos por litro a veinte grados centígrados.
Una vez eliminados todos los metales tóxicos en disolución, y retirados en forma de hidróxidos, el sobrenadante resultante consistirá en una disolución de sulfato potásico –K2SO4-que se podrá acondicionar para ser utilizada como abono al ser diluida en agua de riego, teniendo en cuenta que la concentración máxima de sulfato para este fin se ha establecido en uno coma cinco gramos por litro.
Posteriormente, el residuo sólido compuesto por cenizas procedente de la incineración reaccionará con una corriente de dióxido de carbono para eliminar los restos de carbono produciendo monóxido de carbono según la reacción:
CO2 + C → 2 CO
En resultado será una mezcla de óxidos metálicos básicos de la que se podrá extraer los distintos metales presentes por un lado, y monóxido de carbono –CO- por otro. En estas cenizas quedarán en porcentajes variables los óxidos de los siguientes metales: aluminio –Al-, níquel –Ni-cobre –Cu-, cinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio –Hg- y plomo –Pb.
Con el proceso descrito, se recuperan todos los metales presentes en la biomasa, bien en forma de óxidos ó en forma de hidróxidos.
Para la mejor comprensión de cuanto queda descrito en la presente memoria, se acompaña un esquema en el que solo a titulo de ejemplo, se representa el proceso.
Horno incinerador donde se procesa la biomasa (1), tanque de burbujeo de humos en acido sulfúrico –H2SO4-concentrado y basificación de la disolución que contiene los metales generados en el proceso de incineración (2), depósito de hidróxido de potasio –KOH- (3), tanque de dilución de la solución de sulfato potásico – K2SO4- para que el sobrenadante sea reutilizable (4), horno de combustión de cenizas donde se tratan los residuos sólidos generados (5), salida de corriente de monóxido de carbono –CO- y óxidos metálicos básicos (6).
DESCRIPCION DE LA FORMA DE REALIZACION PREFERIDA.
En el procesado de biomasa con alto contenido en metales
procedentes de programas de fitorremediación, mediante incineración controlada a ochocientos grados centígrados y a presión atmosférica (1), se obtiene una corriente de humos tóxicos y unos residuos sólidos con un alto contenido en metales. La corriente de humos, donde se encuentran restos de metales como aluminio –Al-, níquel –Ni-, cobre – Cu-, zinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio –Hg- y plomo –Pb-, es trasportada hasta un tanque que contiene acido 5 sulfúrico –H2SO4-concentrado (2) donde es burbujeada. De esta forma los metales, al formar los sulfatos correspondientes, estarán disueltos en el medio a excepción del plomo –Pb- que podría precipitar como hidróxido sulfato de plomo II –Pb (HSO4)2. El treinta y cinco por cien de vapor de agua que contienen los humos, irá diluyendo el ácido sulfúrico en los ciclos sucesivos del sistema. Posteriormente se procede a la basificación del medio mediante hidróxido potásico –KOH-, en el mismo tanque (2). En esta fase tendrá lugar la precipitación de los 10 metales como óxidos hidratados, así como la neutralización de la acidez del medio sulfúrico, con la consecuente formación de agua lo que permitirá diluir la mezcla resultante. En el caso de alguno metales como el zinc –Zn- y el aluminio –Al-, será necesario controlar el pH para que la precipitación sea efectiva. Una vez eliminados todos los metales tóxicos en disolución, se retiraran en forma de hidróxidos. La solución de sulfato potásico –K2SO4resultante, podrá ser utilizada como abono al ser diluida en agua de riego. Posteriormente el residuo sólido
15 procedente de la incineración es sometido a una corriente de dióxido de carbono -CO2- en un horno de combustión de cenizas (5) donde se eliminan los restos de carbono produciendo una corriente monóxido de carbono –CO- que puede ser almacenada. El resultado obtenido (6) es la corriente de monóxido de carbono –CO- y una mezcla de óxidos metálicos básicos de la que se podrá extraer los metales.
Claims (1)
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imagen1 REIVINDICACIONES1.- La biomasa que ha captado durante su crecimiento vegetativo metales pesados de suelos contaminados, hay que someterla a un proceso de fitorremediación, para recuperar los metales y evitar la contaminación medioambiental, que es el objeto de la invención, cuyas características técnicas son el burbujeo en una disolución acuosa de ácido sulfúrico concentrado de los efluentes y metales procedente de la combustión de la biomasa. Como consecuencia de la disolución en acido sulfúrico se forman sulfatos respecto a cada metal, que al ser solubles quedan disueltos en la disolución.Al basificar la disolución con hidróxido potásico, se produce la precipitación de los metales, como óxidos hidratados.En la disolución se queda el sulfato potásico –K2SO4- que es un abono que se diluye en agua de riego.La parte caracterizadora cuyas características técnicas se caracterizan por hacer pasar los metales volátiles por la disolución de ácido sulfúrico concentrado. Entre los elementos que podemos encontrar en dichos humos generados se encuentran: aluminio –Al-, níquel –Ni-, cobre –Cu-, zinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio -Hg- y plomo –Pb- Todos los metales quedan como sulfatos, a excepción del plomo, el cual podría precipitar como hidrógeno sulfato de plomo(II) - Pb(HSO4)2- según el proceso:PbSO4 + H2SO4 → Pb (HSO4)2Cuando los sulfatos alcanzan una concentración suficiente se basifica la disolución con hidróxido potásico –KOH-. Al basificar el medio con hidróxido potásico, tendrá lugar la precipitación del níquel –Ni-, cobre –Cu- y mercurio –Hg- como óxidos hidratados. Además, se deberá neutralizar toda la acidez del medio sulfúrico mediante la reacción:2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2OLa reacción que tiene lugar entre los sulfatos metálicos de níquel –Ni-, cobre –Cu-, zinc –Zn-, cadmio –Cd-, mercurio -Hg- y plomo –Pb- con el hidróxido potásico es:MSO4 + 2 KOH → M(OH)2 + K2SO4Será necesario controlar el pH, que no puede ser superior a pH 11, para que la precipitación de zinc –Zn- sea efectiva, ya que se forma un hidróxido anfótero que se redisuelve en exceso de medio básico.En el caso del aluminio –Al- precipitaría según la reacción:6 KOH + Al2 (SO4)3 → 3 K2SO4 + 2 Al (OH)3El cadmio –Cd-, requeriría un proceso adicional, como por ejemplo una electro-reducción, dada la solubilidad del hidróxido de cadmio -Cd (OH)2- que es de doscientos sesenta miligramos por litro a veinte grados centígrados.imagen2
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