Agua Potable, Aguas Residuales y Ríos

Ventajas del Peróxido de Hidrógeno en el tratamiento de agua potable

• Mejoria del gusto y olor del agua.
• Disminución de la carga de cloro en el agua.
• Disminución de la formación de trihalometanos.
• Reducción del costo de producción.

Dónde aplicar el Peróxido de Hidrógeno 

• Pre-oxidación y control de algas en reservorios de captación de agua (adición directa).
• Pre-oxidación en plantas de tratamiento de agua (adición directa y/o combinada con sal ferrosa - Sistema Fenton).
• Desinfección final en plantas de tratamiento de agua (combinado con ultra violeta o ozono).

En el tratamiento de agua potable, el peróxido de hidrógeno puede ser empleado como un pre-oxidante, através de adición simple y directa combinado en la secuencia de tratamiento simplificado con coagulantes convencionales, floculantes y neutralizantes usuales. Además, se puede empleado ativado con Fe2+, o radiación ultravioleta, o con ozono, en los llamados procesos de oxidación avanzada.
 
La capacidad oxidante y no contaminante del peróxido de hidrógeno es de reconocida utilidad en la pre-oxidación control de algas, precipitación de hierro y manganeso, y para la oxidación de varios tipos de sustancias (orgánicos e inorgánicos) disueltas.

El peróxido de hidrógeno no contiene metales pesados en su composición.

Beneficios alrededor del mundo

La utilización de soluciones especiales, y estabilizadas de Peróxido de Hidrógeno en el tratamiento de agua potable a gran escala, es relativamente reciente en todo el mundo - desde el año 2000. Países como Canadá, Estados Unidos, Francia y los Países Bajos las aplican para la eliminación de micro-contaminantes y para la desinfección. 
 
En Brasil, más de 20 millones de personas se benefician diariamente al consumir agua potable de estaciones que aplican el peróxido de hidrógeno en la pre-oxidación, control de algas y eliminación de los tensioactivos con el sistema Fenton.

Características relevantes del Peróxido de Hidrógeno

(Oxidante potente, no Contaminante y no persistente en el medio ambiente)
 
El peróxido de hidrógeno es considerado un producto químico limpio por no dejar elementos y residuos persistentes en el medio ambiente después de su uso. Esa característica deriva de lo mismo estar continuamente sometido a reacción espontánea de autodecomposição:

H₂O₂ → H₂O + ½ O₂

Liberando agua en el medio ambiente y sólo oxígeno como residuos finales.
 
En comparación con otros oxidantes para el tratamiento de agua potable, es verificado que el uso de peróxido de hidrógeno es libre de residuos contaminantes, además de promover la reducción de los niveles de THM y no oxidar bromuro a bromato.

Materia orgánica puede ser eliminada por oxidación simple y/o avanzada, dependiendo de la complejidad del contamintate, generando dióxido de carbono y agua, de acuerdo con la siguiente ecuación: 

C_xH_yO_z+ w (H₂O₂ ou HO^.) → a CO₂ + b H₂O 

Efluentes que contienen arsénico pueden ser decontaminados/tratados usando peróxido de hidrógeno y sulfato de hierro.

Las reacciones ocurren como sigue:

HAsO₂ + H₂O₂ → H₃AsO₄ 

2 Fe²⁺ + H₂O₂ + 2 H⁺ → 2 Fe³⁺ + 2 H₂O

La necesidad de una etapa de oxidación viene del hecho de los compuestos de As V serem mucho más insolubles que aquellos de As III.
 
El arsénico puede ser removido eficientemente de soluciones acuosas por precipitación con hidróxido de lodos de arseniato férrico en tanques de agitación abiertos:

Fe³⁺ + H₃AsO₄ → FeAsO₄ (s) + 3 H⁺

O, no habiendo Fe3+ suficiente:

3 Fe²⁺ + 2 H₃AsO₄ → Fe₃(AsO₄)₂ (s) + 6 H⁺

Alternativamente o adicionalmente, la adición de iones Ca2+ (como en la adición de hidróxido de calcio) el efluente tratado se facilitará la ocurrencia de la reacción de formación de arseniato de calcio, también contribuyendo para la remoción del contaminante:

3 Ca²⁺ + 2 H₃AsO₄ → Ca₃(AsO₄)₂ (s) + 6 H⁺ 

Reducción de bromato

En el tratamiento de aguas para consumo humano, el peróxido de hidrógeno, además de no oxidar el bromuro a forma tóxica de bromato, es capaz de revertir por reducción el bromato que eventualmente podría ser formado por otros pre-oxidantes de vuelta a forma no tóxica de bromuro, de acuerdo con la siguiente reacción:

BrO₃^- + 3 H₂O₂ → Br^- + 3 H₂O + 3 O₂ 

Hipocloritos y otros productos clorados

Aguas residuales o purgas de agua tratada con cloro o hipoclorito necesitan ser tratadas antes de su desecho en el medio ambiente en el riesgo de sobrepasar el muy bajo umbral de cloro activo en las aguas de ríos para la clase 1 y 2 (0,01 mg / L).
 
Los agentes reductores convencionalmente empleados en la eliminación del cloro son compuestos de azufre del tipo de bisulfito y tiosulfato. El exceso difícilmente evitable de esos compuestos en el tratamiento presenta la desventaja de un aumento de la DQO en el efluente y por lo tanto deben ser eliminados antes del desecho final del efluente.
 
La reacción de estos compuestos con cloro produce como subproductos sulfatos, causando también un aumento de la salinidad del efluente. 

Reducción con peróxido de hidrógeno

El peróxido de hidrógeno es una alternativa que ofrece la ventaja de no generar subproductos indeseables, ya que se descompone en agua y oxígeno.
 
El peróxido de hidrógeno reacciona rápidamente con cloro/hipoclorito, según la reacción:
  

ClO^- + H₂O₂ → Cl^- + H₂O + O₂

Como en esta reacción se libera gas oxígeno, se debe considerar la posibilidad de un aumento de presión en sistemas cerrados.
 
La acción del peróxido de hidrógeno en las cloraminas es muy lenta en temperatura ambiente y puede ser acelerada en la presencia de un álcali a aproximadamente 50 °C.   

R-NHCl + H₂O₂ + OH^- → R-NH₂ + Cl^- + H₂O + O₂ 

Soluciones y aguas residuales de procesos industriales están frecuentemente contaminadas con iones de hierro. A pesar de la eliminación de este contaminante por precipitación del hidróxido ser un proceso simple y ampliamente conocido, es deseable asegurar que todo el hierro disuelto sea llevado al estado de oxidación 3+, para que la precipitación sea eficiente a partir de pH = 3,5; con un bajo consumo de base.
 
La remoción de hierro por oxidación y precipitación con peróxido de hidrógeno es muy rápido, ocurriendo de acuerdo con la ecuación:

Fe²⁺ + ½ H₂O₂ + 2 OH^- → Fe(OH)₃ (s) 

Remoción de Manganeso de efluentes  

Soluciones de proceso y aguas residuales de procesos metalúrgicos están frecuentemente contaminadas con iones de manganeso.
 
La remoción de manganeso se ve facilitada por la oxidación del metal del estado 2+ al estado 4+, que permite alcanzar, en pH hasta 9, un alto grado de precipitación. La misma eficiencia de la precipitación del hidróxido (Mn(OH)2) sólo se alcanzaría en el intervalo de pH por encima de 10. La reacción que ocurre es:

Mn²⁺ + H₂O₂ + 2 OH^- → MnO₂ (s) + 2 H₂O 

Efluentes conteniendo nitrito pueden ser tratados con peróxido de hidrógeno, oxidándolo a nitrato conforme la siguiente reacción:

NO₂^- + H₂O₂ → NO₃^- + H₂O 

Remoción de Selenio

Aguas y aguas residuales que contienen selenio son eficientemente tratadas con peróxido de hidrógeno y hidróxido de calcio, que conduce a la precipitación de selenato de calcio de acuerdo con la reacción:

Ca²⁺ + SeO₃^2- + H₂O₂ → CaSeO₄(s) + H₂O

Alternativa o adicionalmente, se puede considerar la posibilidad de formación de precipitados de selenatos de zinc y manganeso si los efluentes tratados con H2O2 contienen estos metales.

Sulfetos  

La generación de olores ofensivos en efluentes, aguas residuales domésticas y otras instalaciones de tratamiento de aguas residuales se debe principalmente a la acción de  bacterias reductoras, que actúan anaeróbicamente sobre sulfatos presentes en el medio. En refinerías y terminales de petróleo, las aguas de producción y de procesos se presentan contaminadas debido a la existencia natural de sulfuros en lo petróleo. 
 
Problemas causados ​​por sulfuros:

Olor

El desagradable olor ofensivo del H2S es bien conocido y ya se nota en concentraciones a partir de 0,3 ppm.

En concentraciones más elevadas, el gas inhibe la acción del sistema olfativo, eliminando un factor que serviria de alarma en una situación de peligro.

Toxicidad  

Los sulfuros constituyen una amenaza al medio ambiente, porque son venenosos para la vida acuática en general.

El sulfuro de hidrógeno también es tóxico y, en concentraciones mayores que 1.000 ppm en el aire, puede causar la muerte en minutos. Irritación de los ojos y del tracto respiratorio, dolor de cabeza y sensación de cansancio son los síntomas de la exposición a concentraciones superiores a 5 ppm. 

Debido a su alta volatilidad, el peligro planteado por lo gas sulfuro de hidrógeno es de la misma orden de gas de cianuro.

Corrosión  

La corrosión causada por el sulfuro de hidrógeno es el factor que más contribuye para la degradación de las tuberías, bombas y de plantas de tratamiento de efluentes /, mismo de las partes de concreto.

Acción desfavorable sobre el tratamiento biológico

En concentraciones elevadas, los sulfuros son tóxicos para el tratamiento biológico, lo que puede reducir la eficiencia del proceso y hasta inhibir la actividad microbiana. En la práctica, para que no sean producidas perturbaciones de la biomasa activa, la concentración de los sulfuros no debe exceder de 25 mg / L. Y debe mantenerse tan constante como sea posible, ya que las variaciones que causan choques también afectan la actividad biológica en los procesos. La presencia de sulfuros en el efluente también favorece el crecimiento de bacterias filamentosas en los procesos de tratamiento por el lodo activado.  

Oxidación de los sulfuros por el peróxido de hidrógeno: 

El peróxido de hidrógeno promueve la oxidación parcial de sulfuros a compuestos intermediarios , que no emiten malo olor y que pueden ser tratados con aireación, de manera eficiente y a bajo costo.
 
Sulfuros se forman de acuerdo con las siguientes reacciones: 

H⁺ + HS^- ↔ H₂S (Medio neutro ou ácido) 
HS^- ↔ H⁺ + S^2- (Medio básico)  

En medio básico hay especies de bajo poder corrosivo: HS-y S2-, con una concentración de H2S bajo (menos de 1% de azufre disuelto). Pero, en este intervalo de pH ni aguas residuales domésticas ni efluentes industriales pueden ser desecargados en ríos.
 
En medio ácido o neutro la principal reacción de oxidación de sulfuro de hidrógeno ocurre como sigue:

H₂S + H₂O₂ → S(s) + 2 H₂O

Donde gran parte del sulfuro se convierte en azufre elemental. El resto consiste en diferentes compuestos solubles de azufre, que de acuerdo con su estructura puede ser oxidados posteriormente.
 
La reacción es relativamente lenta en medios ácidos, pero puede ser catalizada por iones de metales de transición. Después de la adición de hierro disuelto (como sulfato de hierro (III)), la reacción se completa en minutos, hasta en temperatura ambiente.
 
En reacciones en medio alcalino, la oxidación se produce de acuerdo con la siguiente ecuación:

S^2- + 4 H₂O₂ → SO₄^2- + 4 H₂O

En este caso, la reacción es más rápida que en medio ácido. En temperatura ambiente, ella se concluye en pocos minutos, hasta sin la adición de catalizadores. Para evitar los subproductos, la proporción de peróxido utilizada debe ser superior a la estequiométrica.
 
Hay básicamente cuatro maneras prácticas y económicamente viables para efectuar la oxidación de sulfuros con peróxido de hidrógeno:

• Oxidación Completa
• Oxidación Preventiva
• Oxidación Auxiliar
• Pulimento

Oxidación completa  

La oxidación completa de los sulfuros en sulfatos por el peróxido de hidrógeno es utilizada preferiblemente en plantas con un gran flujo de efluentes que contienen sulfuros y una pequeña área de tratamiento, o por los que todavía están construyendo su sistema de tratamiento de efluentes.

También se puede utilizar en caso de fuga accidental, inoperancia momentánea de la planta de tratamiento, y en casos de emergencia.

Oxidación preventiva

Cuando se utiliza como una medida preventiva a el desarrollo de sulfuros, el peróxido de hidrógeno es usado principalmente como una fuente de oxígeno, inhibiendo el desarrollo de bacterias reductoras de sulfato en las aguas residuales y efluentes. La generación in situ de oxígeno se produce por la descomposición espontánea del peróxido: 

H₂O₂ → H₂O + ½ O₂

Oxidación auxiliar

En los casos que ya se realiza parte de la oxidación del efluente mediante aireación o inyección de oxígeno, el peróxido de hidrógeno actúa como refuerzo, ya que la pre-adición de cantidades suficientes para una oxidación parcial del efluente inmediatamente elimina el olor y acelera la operación de aireación subsiguiente, asegurando una alta eficiencia del proceso.

Pulimento

Una etapa de pulimento final puede ser indicada para la adecuación del efluente a las condiciones exigidas por los organismos de control ambiental. En el caso del efluente, al final del tratamiento, aún tener un contenido de sulfuros por encima de las normas descarga, puederá ser adecuado rápidamente con una pequeña dosis de peróxido de hidrógeno. 

Desinfección

Para cumplir con las condiciones legales de baño público, la descarga de aguas residuales en cuerpos receptores de ríos y mares, que prevén el uso para recreación de contacto primario, debe ir precedida de desinfección buscando la eliminación de coliformes termotolerantes. Para esta aplicación, la acción oxidante del peróxido de hidrógeno ya funciona como una primera etapa de desinfección, reduciendo la carga de ácido peracético requerida para la completa eliminación de microorganismos patógenos.

Oxidación de sulfito: 

Peróxido de hidrógeno puede ser usado en la oxidación de sulfito, generando agua y iones sulfato de acuerdo con la siguiente reacción:

SO₃^2- + H₂O₂ → SO₄^2- + H₂O