La oxidación es un proceso químico fundamental que desempeña un papel decisivo en el tratamiento industrial del agua y las aguas residuales. Se utiliza para eliminar contaminantes, convertir sustancias tóxicas en compuestos más inocuos y desinfectar el agua. Una gran variedad de contaminantes, como sustancias orgánicas, metales y microorganismos, pueden tratarse mediante el uso selectivo de distintos procesos de oxidación.

Este artículo examina la oxidación en todas sus facetas. Desde los principios químicos y las tecnologías empleadas hasta las aplicaciones concretas en la práctica, esta explicación ofrece una completa transferencia de conocimientos para ingenieros y profesionales.

Fundamentos de la oxidación

Definición y principio

La oxidación es una reacción química en la que los electrones se transfieren de una sustancia (donante de electrones) a otra (aceptor de electrones). El oxígeno (O₂) suele ser el aceptor de electrones, pero otros agentes oxidantes como el cloro, el ozono o el peróxido de hidrógeno también pueden desempeñar esta función.

Reacción básica:

Agente reductor (donante)+agente oxidante (aceptor)→sustancia oxidada+sustancia reducida

Términos importantes en la oxidación

• Agentes oxidantes: Sustancias que aceptan electrones y permiten así la oxidación de otra sustancia (por ejemplo, ozono, cloro, peróxido de hidrógeno).
• Agentes reductores: Sustancias que liberan electrones y se oxidan (por ejemplo, contaminantes orgánicos, metales, amonio).
• Potencial redox: Medida del poder oxidante de una sustancia, medida en voltios (V). Cuanto mayor es el potencial redox, más potente es el agente oxidante.

Tipos de oxidación en la tecnología del agua

Existen diferentes tipos de oxidación que se utilizan en función del objetivo y de la composición de las aguas residuales.

1. oxidación directa

• En la oxidación directa, el agente oxidante reacciona directamente con el contaminante.
• Ejemplos:
  • Oxidación del hierro (Fe²⁺) a hidróxido de hierro (Fe(OH)₃).
  • Oxidación del sulfuro de hidrógeno (H₂S) a ácido sulfúrico (H₂SO₄).

2. oxidación indirecta

• Aquí se forman productos intermedios reactivos como los radicales hidroxilo (-OH), que atacan a los contaminantes.
• Ejemplos:
  • Formación de radicales hidroxilo a partir de ozono (O₃) o peróxido de hidrógeno (H₂O₂).

Agentes oxidantes en la tecnología del agua y las aguas residuales industriales

1. ozono (O₃)

• Propiedades: Agente oxidante muy fuerte con un potencial redox de +2,07 V.
• Ámbitos de aplicación:
  • Degradación de contaminantes orgánicos (por ejemplo, residuos farmacéuticos).
  • Desinfección.
  • Eliminación de color y olor.
• Ventajas: Sin residuos, ya que el ozono se descompone en oxígeno.

2. cloro (Cl₂)

• Propiedades: Fuerte agente oxidante que forma ácido hipocloroso (HOCl) en solución acuosa.
• Ámbitos de aplicación:
  • Desinfección.
  • Oxidación del amonio (NH₄⁺) a nitrógeno gaseoso (N₂).
  • Eliminación de hierro y manganeso.
• Desafíos: Formación de subproductos que contienen cloro, como los trihalometanos (THM).

3. peróxido de hidrógeno (H₂O₂)

• Propiedades: Fuerte poder oxidante, a menudo utilizado en combinación con reactores UV o catalizadores.
• Ámbitos de aplicación:
  • Tratamiento de aguas residuales muy contaminadas.
  • Eliminación de cianuros o fenoles.

4. permanganato potásico (KMnO₄)

• Propiedades: Fuerte agente oxidante para la oxidación de metales y compuestos de azufre.
• Ámbitos de aplicación:
  • Eliminación de hierro y manganeso.
  • Oxidación del sulfuro de hidrógeno.

Tecnologías y procesos de oxidación

1. sistemas de oxidación clásicos

• Uso de ozono, cloro o peróxido de hidrógeno en reactores.
• Componentes:
  • Sistemas de dosificación del agente oxidante.
  • tanques de reacción o reactores presurizados.