La remoción de metales pesados en aguas residuales y naturales es una de las principales preocupaciones ambientales debido a su toxicidad y persistencia en el medio ambiente. Los métodos tradicionales para la eliminación de estos contaminantes incluyen la precipitación química, la adsorción, la filtración y la coagulación-floculación. Sin embargo, uno de los métodos avanzados de oxidación más prometedores es el uso de ozono, un potente agente oxidante que permite transformar los metales en formas menos tóxicas o más fáciles de remover. En este ensayo se explora el uso de ozono para la eliminación de metales del agua, sus principios, ventajas y limitaciones, con una revisión de estudios recientes que investigan su efectividad.
1. Principios de la Ozonización
El ozono (O₃) es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno que se genera principalmente por la descomposición del oxígeno molecular bajo una descarga eléctrica o exposición a radiación ultravioleta. Su capacidad oxidante es superior a la del cloro, ya que tiene un potencial de reducción de 2,07 V frente al cloro que tiene 1,36 V (Rakness, 2005). Esta propiedad permite que el ozono actúe de forma eficaz en la oxidación de metales pesados presentes en el agua, transformándolos en óxidos o hidróxidos que pueden precipitarse o separarse por filtración (Kasprzyk-Hordern et al., 2003).
La ozonización puede funcionar en distintas condiciones de pH y temperatura, aunque la efectividad del ozono como oxidante aumenta en pH ácidos. En estos ambientes, el ozono tiene la capacidad de oxidar especies metálicas como el hierro (Fe²⁺) y el manganeso (Mn²⁺), transformándolos en sus formas oxidadas, Fe³⁺ y Mn⁴⁺, respectivamente, las cuales se precipitan fácilmente (U.S. EPA, 1999).
2. Mecanismos de Oxidación de Metales con Ozono
Los mecanismos de oxidación de los metales mediante ozono dependen de la naturaleza del metal y de las condiciones químicas del agua. El ozono reacciona rápidamente con algunos metales en disolución, como el hierro y el manganeso, transformándolos en sus formas oxidadas que pueden ser eliminadas mediante precipitación. Sin embargo, para otros metales como el plomo (Pb) o el cadmio (Cd), el ozono puede no ser tan efectivo directamente y puede requerir la presencia de catalizadores o la combinación con otros procesos, como la irradiación UV o el peróxido de hidrógeno, para generar radicales hidroxilos (OH·) que mejoran la oxidación de estos metales (Gupta et al., 2015).
En un estudio de Sandhu et al. (2017), se reportó que la aplicación de ozono en combinación con peróxido de hidrógeno logró mejorar la eliminación de cromo (Cr⁶⁺) del agua, debido a la generación de radicales hidroxilos que poseen un poder oxidante aún mayor que el ozono solo. Así, la combinación de ozono con otros agentes oxidantes ha mostrado ser un enfoque eficaz para mejorar la eliminación de metales menos reactivos.
3. Ventajas y Limitaciones de la Ozonización para la Remoción de Metales
Ventajas:
- Alta eficacia en la oxidación de metales como el hierro y el manganeso, que pueden ser transformados en formas insolubles.
- No genera residuos secundarios en grandes cantidades, a diferencia de otros métodos como la precipitación química.
- Versatilidad en el tratamiento de diferentes tipos de aguas, incluyendo aguas de bajo pH y con alta turbidez (Rakness, 2005).
Limitaciones:
- Costos elevados debido al consumo de energía en la generación de ozono.
- Eficiencia variable para algunos metales como el plomo y el cadmio, que no reaccionan directamente con el ozono y requieren la adición de reactivos complementarios.
- Descomposición rápida del ozono en el agua, lo que limita su área de influencia en sistemas de tratamiento continuo (Kasprzyk-Hordern et al., 2003).
4. Estudios Recientes y Aplicaciones
La ozonización ha sido aplicada en diversos estudios para la eliminación de metales pesados. Un estudio de Wu et al. (2020) demostró que el ozono puede eliminar hasta un 90% del hierro y manganeso en aguas residuales industriales, especialmente cuando se emplean sistemas de mezcla mejorados para maximizar el contacto del ozono con el agua. Asimismo, investigaciones recientes han explorado el uso de nanocatalizadores que, combinados con ozono, incrementan la efectividad en la remoción de metales como el mercurio (Hg) (Zhang et al., 2021).
5. Conclusión
La ozonización representa una opción viable y ecológica para la eliminación de ciertos metales pesados en el agua, especialmente en el caso del hierro y manganeso. No obstante, para la eliminación de metales menos reactivos, puede requerirse la combinación con otros procesos o reactivos que aumenten su eficacia. El desarrollo de tecnologías híbridas de ozono y otros agentes oxidantes podría mejorar las aplicaciones de este método en el futuro, permitiendo un tratamiento más completo y eficiente de aguas contaminadas por metales pesados.
Bibliografía
- Gupta, V. K., Ali, I., & Saini, V. K. (2015). Utilization of ozonation for water and wastewater treatment: A review. Environmental Science and Pollution Research, 22(4), 2962-2972.
- Kasprzyk-Hordern, B., Ziółek, M., & Nawrocki, J. (2003). Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment. Applied Catalysis B: Environmental, 46(4), 639-669.
- Rakness, K. L. (2005). Ozone in Drinking Water Treatment: Process Design, Operation, and Optimization. American Water Works Association.
- Sandhu, S., Singh, B., & Singhal, S. (2017). Removal of Cr(VI) by Ozone/UV and Hydrogen Peroxide Process. Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(3), 2238-2245.
- U.S. Environmental Protection Agency (EPA). (1999). Alternative Disinfectants and Oxidants Guidance Manual. EPA.
- Wu, X., Li, Y., & Li, J. (2020). Application of ozone for iron and manganese removal from industrial wastewater. Water Science and Technology, 82(7), 1383-1391.
- Zhang, Y., Chen, H., & Li, W. (2021). Enhanced mercury removal from aqueous solutions by ozonation with nanocatalysts. Journal of Hazardous Materials, 403, 123512.