En aquesta comunicació es resumeixen alguns dels treballs realitzats en la caracterització, tractament i estudi de propietats fisicoquímiques de diferent tipus de residus industrials: orgànics, metàl·lics i radioactius

Aguilar, Manuel

Casas, Ignasi

Cortina, José Luis

Farran, Adriana

Florido, Antonio

Martínez, Maria

Miralles, Núria

Pablo, Joan de

Sastre, A.

Revistes Catalanes amb Accés Obert

APROXIMACIO QUIMICA AL TRACTAMENT
DE RESIDUS
per
M. AGUILAR, I. CASAS, J.L. CORTINA, A. FARRAN, A. FLORIDO,
M. MARTINEZ, N. MIRALLES, J. DE PABLO IA. SASTRE
Dep. Enginyeria Quimica
Unitat de Quimica Inorganica i Analitica
Universitat Politecnica de Catalunya
E-08028 Barcelona
RESUM
En aquesta comunicacio es resumeixen alguns dels treballs realitzats en
la caracteritzacio, tractament i estudi de propietats fisico quimiques de dife-
rent tipus de residus industrials: organics, metalilics i radioactius.
INTRODUCCIO
Qualsevol activitat humana genera una certa quantitat de residus, pero
es a partir de la revolucio industrial quan es comenca a agreujar aquesta pro-
blematica. L'aglomeracio de gent a les grans ciutats i el desenvolupament de
nous productes no degradables fan que el problema sigui cada cop mes im-
portant. Inicialment, va semblar que el mar podria ser un abocador gegant
on tot s'hi podia Ilencar, pet-6 ben aviat es va veure que no era aixi. Nomes
cal recordar la moratoria actual sobre 1'abocament de deixalles radioactives
de baixa activitat a les foses marines. Per tant la ciencia i la tecnologia tenen
el repte de trobar nous camins per intentar disminuir el risc que comporta
per a la salut humana i per el medi ambient en general un tractament no ade-
quat dels residus.
Els residus, en general, es poden dividir en tres grans grups: a) Residus
Urbans o assimilables (RU); b) Residus toxics i perillosos (RTP); c) Residus
radioactius (RR). Sense cap dubte, l'esforc mes gran s'ha d'aplicar als dos ul-
[Butll. Soc. Cat . Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
132 M. AGUILAR I COL,
tims grups (RPT i RR) donat que una fallida en el seu tractament por tenir
unes consequencies imprevisibles. Un dels aspectes mes importants per tro-
bar les millors solucions es fonamenta en el coneixement de la quimica
d'aqucsts rcsidus.
En aquesta comunicac16, es comentaran alguns treballs desenvolupats
en el nostre laboratori durant els ultims anys, que volen ser una aportacio
des del punt de vista quimic basic al tractament de residus.
AASPECTES QUIMICS BASICS PER EL TRACTAMENT DE RESIDUS
Els nostres estudis han estat enfocats des de tres perspectives diferents:
Caracteritzacio
La caracteritzacio dels residus fa referencia taut al moment del aboca-
ment controllat o del tractament corn, al coneixement dels tipus de residus
que es podcn t,robar en el medi ambient. Evidcntment aquesta tasca es com-
plexa per la gran quantitat de compostos quImics organics i inorganics im-
plicats que poden ser catalogats de toxics i perillosos [1]. Per tant, es molt
important tant el desenvolupament de noves tecniques instrumentals com el
millorament de les ja existents, com ara, els acoblaments entre diversos de-
tectors i la utilitzacio de sistemes en continu, que possibilitin el control ana-
litic en el propi lloc on es troba 1'abocament.
Una aplicacio d'aquestes tecniques, portada a terme en el nostre labo-
ratori, ha estat l'acoblament entre sistemes de tractament de mostres en con-
tinu i un cromatograf liquid d'alta eficacia per a l'analisi de contaminants or-
ganics [2]. Concretament, entre d'altres, s'ha utilitzat 1'extracc16 liquid-li-
quid en continu i la deteccio tant per espectrometria de masses com per
UV [3].
A la figura 1 es mostra un esquema de l'acoblament que ha estat utilit-
zat per dur a terme 1'analisi de plaguicides en mostres aquoses ambientals.
Aquest sistema ha estat emprat, en concret, per caracteritzar el plaguicida
tetraclorvinfos sembrat en aigua del riu Besos. El resultat obtingut es pot
veure a la figura 2, on es mostra 1'espectre d'aquest plaguicida aixi com el
cromatograma corresponent.
D'altra banda s'han desenvolupat noun electrodes de io selectiu [5],
com es el cas de 1'electrode de cianur de tipus tubular que acoblat a un siste-
ma en continu, ha permes el seguiment en aigues d'aquest io d'elevada toxi-
citat. La figura 3 mostra 1'esquema del sistema emprat, en el qual, dos elec-
trodes selectius situats un a l'entrada i l'altre a la sortida d'una camara de dia-
lisis, permeten la determinacio del CN- lliure i del CN- total respectiva-
ment [4].
[Butll. Soc. Cat. Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
APROXIMACIO QUIMICA AL TRACTAMENTDE RESIDUS 133
3
1
2
r-+ UV
I-L MS
Fig. 1. Esquema de I'acoblament extracc16 liquid-liquid en continu i cromatografia: 1) dissol-
vent organic, 2) mostra aquosa, 3) bomba peristaltica, 4) segmentador, 5) tub d'extracc16, 6) se-
parador de fases, 7) sistema cromatografic.
I.N
)1 , ••r
.N
TIME (MIN)
Fig. 2. Cromatograma 1 espectre de masses del plaguicida tetraclorvinfos obtingut a partir
d'una mostra d'aigua del riu Besds.
Na OH 1.3 ml/min
H Cl 0.95 ml/min
Muestra 100-200 cm
Portador I
1.4 ml/min®00 ml
W
w
Fig. 3. Esquema del sistema FIA per a la determinac16 de cianur Iliure 1 total en continu. I- elec-
trode tubular, R- eletrode de referencia, D- unitat de dialisi.
[Butll. Soc. Cat. Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
134 M. AGUILAR / COL.
La problematica de la toxicitat del cianur ha fet que tambe s'intentes es-
tudiar per altres tecniques que permetessin la quantificacio dels diferents
complexos, mitjancant la electroforesi capil-lar d'alta eficacia, tecnica molt
recent que empra una font d'alta tensio permet separar ions depenent del
flux electroosmotic [6], s'aconsegueix la determinacio del ferrocianur i fe-
rricianur, corn es pot veure en la figura 4.
I
0 2 4 6
TIME (min)
Fig. 4. Electroferograma d'una mostra que conte ferrocianur (pic 1) i ferricianur (pic 2).
Tractament
Un altre aspecte important un cop caracteritzats els residus es, evident-
ment, el seu tractament . Deixant de banda els tractaments d'elilninacio de
residus corn la incineracio o els procesos fisico -quimics i biologics , la seva
recuperacio presenta els avantatges de l'estalvi de materies primeres i la pro
teccio del medi ambient , sent un dels procesos a tenir en compte, sobretot
en productes d'alt cost corn es el cas de molts metalls.
L'estudi de la recuperacio de metalls ha estat un dels tomes de mes tra-
dicio en el nostre laboratori , on s'han fet diversos estudis de recuperacio de
metalls utilitzant tecniques d'extraccio liquid-liquid. Corn a extractants
s'han emprat amines de cadena llarga, compostos organofosforats [ 7-9] etc,
i s'ha estudiat un gran nombre de metalls dels anomenats de base no ferries
corn Zn, Pb, Cd, Cu, Ni, Co, etc.
Ajustant les conditions de 1'extracci6 es podcn recuperar separada-
ment diversos metalls provinents , per exemple , d'aigues de mines,
d'efluents d'industries de tractament de superficies, etc.
I Bud!. Soc. Cat. Cien.], Vol. X11, Num. 1, 1991
APROXIAIACIO QUIMICA AL TRACTAMENT DL RLSIDUS 135
Els inconvenients principals que presenten aquests processos son la
perdua d'extractant, la dificultat de separacio de les fases i el disseny de
l'equip, el que fa que sigui poc rentable quan es tracta de processor on inter-
venen grans volums de dissolucions.
Actualment, tambe s'estudia la recuperacio de metalls emprant tecni-
ques d'extracc116 solid-liquid. En aquest cas 1'extractant s'impregna en un
suport polimeric i el metall queda retingut a la resina, d'on posteriorment
pot ser recuperat. Els avantatges principals son la menor perdua de reactiu
i la facilitat de separacio de fases, pero son necessaris temps d'operacio mes
grans ja que la transferencia de massa es mes petita.
En la figura 5 es compara la recuperacio de Zn, Cu i Cd utilitzant P kid
bis(2,4,4-trimetilpentil) fosfinic.
:E
75
so
25
2.5
.1
.S
3.5 4.5
pH
5.5
PH
Fig. 5 . Percentatge cl'extraccio en funcio del pH per a 1'.extracci6 de Zn (II), Cu(II) i Cd( II), uti-
litzant A ) Cyanex 272 dissolt en Isopar H i B) Cyanex impregnat en XAD-2.
[Buell. Soc. Cat. Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
136 M. AGUILAR I COL.
ESTUDIS FISICO-QUIMICS
Hi ha una part important de residus que no poden ser tractats de forma
eficac per cap dels metodes tecnologicament viables. L'unica solucio actual
es el seu aillament de la biosfera en diposits de seguretat. El coneixement de
les seves propietats fisiques i quimiques es imprescindible a 1'hora del disse-
ny dels emplacaments.
No hi ha dubte que, de tots els residus generats per 1'activitat humana,
els residus radioactius d'alta activitat, com per exemple el combustible gas-
tat de les centrals nuclears son els que presenten una major controversia.
Despres d'algunes solucions proposades amb no massa rigor cientific
sembla ser que la unica solucio factible es 1'enterrament d'aquests residus en
un entorn geologic escaient. A la figura 6 es mostra el possible cami de re-
torn dels radionuclids a la biosfera, que com es pot veure depen fonamental-
ment de la dissolucio del combustible per efecte de les aigues subterranees.
Tenint en compte que el combustible gastat es basicament dioxid d'urani
U02 (s), es importantissim entendre la termodinamica i la cinetica de la dis-
solucio d'aquest solid en les condicions geologiques que es poden preveure.
Actualment els entorns geologics que s'han pensat corn probables son els
que presenten una elevada estabilitat geologica i un baix contingut d'aigues
subterranees, aquest es el cas del diposits salins, granitics, argil•losos, basal-
tics i de turba.
Cindtica de
dissolucio
Supertlae
del solid
Estudis tlsico-quimics
de la dissolucio de I'UO,
com a model del combustible
nuclear
Cents de metres
CAVITAT
Return a
Is biosfera
Dissolucl6 de
I'UOr I alliberament
dels radionuclids
Contacte de la
curren t
d'
a
ig
igua
subtenAnia 40
amb els residus
radiactlus
Reprocessat
Fig. 6. Esquema del possible retorn dels radionuclids a la biosfera despres del seu enterrament.
[Bull. Soc. Cat. Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
APROXIMAC16 QUIMICA AL TRACTAMI;VT DE RESIDUS 137
En el nostre laboratori es porters a terme aquest tipus d'estudis basics:
Calculs de constants termodinamiques d'interes geoquimic , estudis de solu-
bilitat de diferents tipus de U02 (s) ( amorf, cristal • ii, pulveritzat , en pastilla,
etc.), estudis sobre el mecanisme de dissolucio , etc. Actualment tota aquesta
informacio s'esta modelant tenint en compte un entorn sali, es a dir, a altes
concentrations de Cl-.
Aquest treball forma part evidentment d'un projecte mes general, on
intervenen diferent especialistes de diversos camps: geolegs , geoquimics, fi-
sics, quimics , enginyers etc.. Pero, es important comentar que el coneixe-
ment basic es fonamental a fl de preveure quines han de ser les variables i pa-
rametres que s'han de modelar en un problema tant complexe . Com exem-
pie d'aquests estudis basics es presenta a la figura 7, la solubilitat d'un dioxid
d'urani cristal • li [10] en condicions reductores en funcio del pH, en un medi
fortament sali.
1o9 5
-3
-.1 •A pp^17
• [C1-1:1 •01 d,-3
7 (C[-I=S w1 d.-3
-b
-7
••
•
A
17 A 7,
0
0 5 to
PH
Fig. 7. Solubilitat del dioxid d'urani en funcio del pH a diferents concentracions de clorur.
CONCLUSIONS
En aquest treball s'ha volgut donar una visio general de quins son al-
guns dels aspectes quimics que tenen una incidencia gran en la ciencia dels
residus i el seu tractament.
Els estudis basics aplicats a problemes complexos i concrets son de gran
importancia donat que permeten aprofondir en tematiques que, moltes ve-
gades, son dificils d'assolir d'una manera senzilla. Amb els projectes que ac-
tualment es porten a terme en el nostre laboratori, intentem aportar el nos-
tre gra de sorra a la problematica plantejada pels residus a una societat com
la nostra.
[Butll. Soc. Cat. Cien.], Vol. XII, Num. 1, 1991
138 M . AGUILAR I COL.
AGRAIMENTS
Els autors volen agrair la financiacio d'aquests projectes a:CICYT,
UPC i ENRESA.
BIBLIOGRAFIA
1. SANS R. i DE PABLO, J.. " Ingenieria Ambiental: Contaminacion y Tratamien-
tos" Marcombo , Boixareu Ed., Barcelona 1989.
2. FARRAN, A., FIGUEROLA, E., DE PABLO, J. 1 HERNANDEZ, S. Inter . J. Envi-
ron. Anal. Chem. 33 (1988) 245.
3. FARRAN, A., CORTINA, J.L., DE PABLO J. 1 BARCELO, D. Anal. Chim. Acta
234 (1990) 119.
4. FIGUEROLA, E., FLORIDO, A., AGUILAR i DE PABLO, J. Anal. Chim. Acta 215
(1988) 283.
5. FLORIDO, A. Tesi Doctoral, Universitat Autonoma Barcelona, 1987.
6. AGUILAR, M., HUANG, Z., ZARE, R.J. Chromatogr. 480 (1989) 427.
7. AGUILAR, M., MIRALLES, N. I SASTRE, A. Rev. Inorg. Chem. 10 (1989) 93.
8. CASAS, I., MIRALLES, N., SASTRE, A. I AGUILAR, M. Polyhedron 21 (1989)
2535.
9. SASTRE, A., MIRALLES, N. I FIGUEROLA, E. Solvent Extr. Ion Exch. 8 (1990)
597.
10. TORRERO, M.E., CASAS, I., AGUILAR, M., DE PABLO, J., GIMENEZ, J. I BRU-
NO, J. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Series 212 (1991).
[Butll. Soc. Cat . Glen.], Vol. XI I, Num . 1, 1991


Aproximació química al tractament de residus

Aproximació química al tractament de residus

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Revistes Catalanes amb Accés Obert