Reducción de la contaminación por amonio mediante la retención en biochars procedentes de materias orgánicas residuales

Aznar Bailón, Raquel
Ceamanos Lavilla, Jesús (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2019
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Graduado en Ingeniería Química

Resumen: El cambio climático es una de las principales amenazas para el desarrollo sostenible con efectos sobre la economía global, la salud y el bienestar social. Por ello, es necesario actuar para reducir las emisiones a la atmósfera de gases de efecto invernadero (GEI). Una de las causas de este problema se encuentra en la utilización de lodos de depuradora y purines como fertilizantes junto con su almacenaje y transporte.
Lo que se pretende en este Trabajo Final de Grado es buscar una alternativa para estos residuos e integrarlos en procesos que permitan aprovecharlos para la reducción de contaminantes. Se conoce que, además de su labor como fertilizante, el char obtenido de la pirólisis de estos residuos sirve también como sólido adsorbente. El objetivo principal del estudio es evaluar la capacidad de adsorción de amonio (NH4+), presente en el líquido procedente de la digestión de purines y lodos, de diferentes chars para reducir la contaminación que causa dicho compuesto en el medio ambiente.
Para lograr este objetivo se han utilizado chars procedentes de distintos precursores como residuos vegetales, lodos de depuradora y purines de cerdo y vaca. Todos ellos han sido pirolizados a distintas temperaturas y algunos sometidos a diferentes tratamientos de oxidación. Posteriormente se han realizado experimentos de adsorción en un equipo de cromatografía iónica. Esto ha permitido conocer la capacidad de adsorción de los chars y comprobar la influencia que tienen sobre esta algunos parámetros como el pH, los tratamientos de oxidación (tiempo y % O2) y la temperatura de pirólisis.
Las mejores capacidades de adsorción se han dado en el char de purín de cerdo pirolizado a 350 °C en un reactor de lecho fijo y el char de purín de vaca pirolizado también a 350 °C. A esta temperatura de pirólisis se desarrollan grupos oxigenados, que desaparecen conforme dicha temperatura aumenta. Además, estos chars tienen valores de pH intermedios, en torno a 8, a los cuales el NH4+ no se convierte en NH3 y puede adsorberse. En concreto, el valor de las capacidades de adsorción de los chars nombrados son, respectivamente, 2,8 ± 0,3 mg/g y 4,3 ± 0,4 mg/g. Realizando adsorciones con chars de lodos de depuradora sometidos a tratamientos de oxidación se ha comprobado que las condiciones óptimas de activación son 13 % de O2 y 200 °C, en las cuales se desarrollan grupos oxigenados sin llegar a quemar excesivamente la materia orgánica.
Una vez seleccionados los chars con mejores comportamientos de adsorción, se determinan las isotermas y cinéticas de adsorción de los mismos. De esta manera se conoce qué modelos describen mejor el proceso de adsorción de dichos chars. Por lo general, los datos se ajustan de forma adecuada a las isotermas de Langmuir y/o Freundlich. El equilibrio se alcanza en tiempos alrededor de los 600 minutos. Los resultados obtenidos muestran que el proceso de adsorción de NH4+ en biochar es posible y que se obtiene mejor capacidad de adsorción con un biochar obtenido a partir de purines animales. De esta forma se permite dar un segundo uso al biochar aparte de su aplicación al suelo y utilizar el líquido rico en NH4+ como agua de riego una vez se haya hecho la adsorción.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado