Estudi de la recuperació de fosfats d’aigües residuals amb zeolites sintètiques

Abstract

En aquest projecte final de carrera s’estudia la recuperació de fosfats d’aigües residuals mitjançant l’adsorció en zeolites sintètiques i cendres volants de centrals tèrmiques de carbó. Es fan servir dues cendres volants de diferent origen, Teruel i Los Barrios, una zeolita sintetitzada a partir d’aquest material, NaP1-NA de sodi, i una modificació amb calci d’aquesta mateixa. La finalitat d’aquest projecte és determinar si les zeolites sintetitzades a partir d’un subproducte industrial són un adsorbent adequat per al fòsfor i així solucionar el problema de la contaminació del medi ambient amb fòsfor antropogènic complint la legislació vigent, cada vegada més restrictiva, donant-los una utilitat com a adsorbents de baix cost que faria útil aquest residu. A més a més, s’obre la possibilitat der fer servir aquests adsorbents carregats amb fòsfor com a materials per millorar la qualitat de sòls forestals o agrícoles. Els experiments es fan a dos pH distints, 7 i 9, que permeten caracteritzar el procés d’adsorció en diferents condicions experimentals. Els estudis d’adsorció han demostrat que les cendres volants no presenten una capacitat d’adsorció màxima pitjor que la zeolita de sodi, però la modificació amb calci representa una millora de la capacitat molt rellevant. Estudis cinètics donen una velocitat d’adsorció de la zeolita de calci molt elevada i una gran eficiència d’eliminació de fosfat. En canvi, la zeolita de sodi no es mostra adequada i s’obtenen eficiències d’eliminació menor que en el cas de les cendres volants. Les anàlisis de les mostres i els experiments donen informació sobre els mecanismes d’adsorció dels fosfats. Els mecanismes pels quals la formació de minerals de calci i fosfat, brushita i hidroxiapatita, és el principal fenomen que es produeix durant l’adsorció són els més importants i això explica els resultats molt millors en el cas de la zeolita de calci en front de la de sodi. Els mètodes d’anàlisi inclouen tècniques de diferent naturalesa emprades per a finalitats distintes. Per a l’anàlisi del sobrenedant s’usa la cromatografia iònica que permet determinar el contingut de fosfat i també el d’altres cations i anions i l’espectrofotometria UV-visible que amb el mètode del vanadat molibdè només serveix per quantificar els anions fosfat. L’anàlisi de mostres de zeolita és fa principalment per difracció de raig X, identificació de les fases cristal·lines que hi són presents, i la microscòpia electrònica amb microsonda (SEM-EDS), permet obtenir informació de la morfologia de la mostra i fer-ne una anàlisi semiquantitatiu. El mètode Brunauer Emmett Teller (BET) es fa servir per determinar la superfície específica de l’adsorbent. L’espectroscòpia infraroja amb transformada de Fourier (FTIR) permet conèixer la composició química de la mostra i ajuda a fer-ne una anàlisi qualitatiu dels adsorbents i les seves transformacions després de l’etapa de recuperació de fòsfor.