El oxidación con ozono es un proceso muy eficaz para el tratamiento del agua y de las aguas residuales basado en el fuerte poder oxidante del ozono (O₃). Se utiliza en el tratamiento de aguas industriales para descomponer contaminantes orgánicos e inorgánicos, eliminar microcontaminantes y cumplir los requisitos de desinfección. El ozono es uno de los agentes oxidantes más potentes que se conocen y permite reacciones que no pueden conseguirse con otros métodos químicos.
Este artículo ofrece una explicación detallada y profesional de los principios químicos, aplicaciones, retos técnicos y ejemplos prácticos de la oxidación con ozono.
Índice
Principios químicos de la oxidación por ozono
Propiedades del ozono
El ozono (O₃) es un gas altamente reactivo formado por tres átomos de oxígeno. Se produce por la excitación de moléculas de oxígeno (O₂) mediante descarga eléctrica o radiación UV.
- Potencial de oxidación: +2,07 V (superior al del cloro o el peróxido de hidrógeno).
- Reactividad: Ataca moléculas orgánicas e inorgánicas directamente o mediante la formación de radicales.
- Inestabilidad: Se descompone rápidamente en oxígeno (O₂), sin dejar residuos.
Mecanismos de reacción de la oxidación del ozono
El ozono puede reaccionar de dos maneras:
Oxidación directa:
- El ozono reacciona directamente con las impurezas y las oxida en productos inocuos como agua, dióxido de carbono o sales inorgánicas.
Oxidación indirecta mediante radicales:
- El ozono se descompone en solución acuosa para formar radicales hidroxilo (-OH), que tienen un poder oxidante aún mayor.
Aplicaciones de la oxidación con ozono en la tecnología del agua
1. degradación de contaminantes orgánicos
El ozono es ideal para descomponer compuestos orgánicos como pesticidas, residuos farmacéuticos, fenoles e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP).
- Ventajas:
- Eliminación eficaz de sustancias difíciles de descomponer.
- No se forman subproductos clorados.
2. eliminación de microcontaminantes
En el tratamiento de aguas residuales, el ozono es especialmente eficaz para eliminar microcontaminantes como hormonas, antibióticos y otros residuos farmacéuticos.
- Mecanismo:
- Desdoblamiento de moléculas complejas en compuestos más simples y biodegradables.
3. reducción del color y el olor
El ozono oxida las moléculas coloreadas y olorosas de las aguas residuales industriales.
- Ejemplos:
- Eliminación de colorantes de las aguas residuales textiles.
- Eliminación de olores en el procesado de alimentos.
4. desinfección
El ozono se utiliza para desinfectar el agua potable y los sistemas de aguas residuales.
- Ventajas sobre el cloro:
- Elimina una gama más amplia de microorganismos.
- No se forman subproductos que contengan cloro, como los trihalometanos (THM).
5. oxidación de metales e inorgánicos
Hierro y manganeso:
- El ozono oxida estos metales hasta convertirlos en óxidos insolubles, que pueden eliminarse por filtración.
Oxidación del amonio:
- El ozono oxida el amonio (NH₄⁺) a nitrato (NO₃-).
Foto: Nuestro reactor para oxidación química húmeda ALMA BHU UXI utilizando ozono o según Fenton.
Componentes técnicos y diseño del proceso
1. generación de ozono
El ozono se produce in situ mediante ozonizadores, ya que es inestable y no puede transportarse.
Procedimiento:
- Descarga de corona: La descarga de alto voltaje divide las moléculas de oxígeno (O₂) y forma ozono (O₃).
- Radiación UV: Desdoblamiento fotoquímico de las moléculas de oxígeno.
Fuentes de oxígeno:
- Oxígeno puro (mayor eficacia).
- Aire ambiente (más barato, pero con menor concentración de ozono).
2. métodos de entrada
El ozono generado se introduce en el agua a tratar:
- Difusores: Soplan ozono en forma de gas a través del agua.
- Inyectores Venturi: mezclan gas y agua en un solo flujo.
- Reactores de contacto: optimizan el tiempo de contacto entre el ozono y el agua para obtener la máxima eficacia.
3. recipiente de reacción
Los reactores especialmente diseñados garantizan tiempos de contacto suficientes y maximizan la oxidación.
4. tratamiento de los gases de escape
El exceso de ozono en los gases de escape se convierte en oxígeno mediante descomposición térmica o catalítica para minimizar el impacto medioambiental.
Los retos de la oxidación con ozono
1. demanda energética
La generación de ozono por descarga de corona consume mucha energía y contribuye significativamente a los costes de funcionamiento.
2. resistencia del material
El ozono es altamente reactivo y requiere materiales resistentes al ozono, como acero inoxidable (V4A), PTFE o plásticos especiales.
3. formación de subproductos
Durante la oxidación pueden formarse subproductos no deseados, como el bromato (BrO₃-), especialmente en aguas que contienen bromuro.
- Solución: Optimización de la dosificación y de las condiciones de reacción.
Conclusión
La oxidación con ozono es un proceso versátil y eficaz para el tratamiento del agua y las aguas residuales. Gracias a su alto poder oxidante y su respeto por el medio ambiente, es ideal para el tratamiento de contaminantes complejos y la desinfección. Gracias a las tecnologías avanzadas y a los parámetros de funcionamiento optimizados, es posible superar retos como los requisitos energéticos y la formación de subproductos. Gracias a su continuo desarrollo, la oxidación con ozono desempeñará un papel fundamental en la gestión sostenible del agua.
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