Evaluación de residuos vitivinícolas modificados para la biosorción de plomo a partir de aguas residuales

Abstract

En este estudio se evaluaron residuos lignocelulósicos provenientes de la industria vitivinícola como posibles biosorbentes de ion plomo (II) presente en aguas residuales. Para este fin, los residuos de dos variedades de uva, tinta y blanca, fueron tratados químicamente para incrementar su capacidad sorbente de metales. Se evaluaron dos tratamientos, uno de estos fue la hidrólisis alcalina, en la cual se probaron diferentes concentraciones de NaOH, seleccionando aquellas más efectivas para ambos materiales. El otro tratamiento correspondió a la incorporación de un agente quelante de metales, en este caso ácido cítrico, el cual también se evaluó en diferentes concentraciones con posterior alcalinización del material. Para la hidrólisis alcalina, se seleccionaron los tratamientos con 0,4 y 0,6 mol L-1 de NaOH para los residuos de uva tinta y blanca, respectivamente. En el caso del agente quelante, se eligieron los tratamientos con 0,6 y 0,8 mol L-1 de ácido cítrico con alcalinización para los residuos de uva tinta y blanca, respectivamente. Los materiales seleccionados, crudos y tratados, fueron caracterizados mediante diferentes técnicas, donde se determinaron: los grupos ácidos, punto de carga cero, capacidad de intercambio catiónico, contenido de polifenoles, grupos funcionales por espectroscopia IR y metales, entre otros. Mediante estudios en batch se obtuvieron las cinéticas e isotermas de sorción del metal sobre los diferentes materiales. En todos los casos, la cinética de sorción se ajustó al modelo de pseudo-segundo orden, mientras que los resultados experimentales de las isotermas de sorción se ajustaron bien al modelo de Langmuir para los residuos de uva tinta alcalinizada y uva tinta y blanca tratados con ácido cítrico. Por su parte, la sorción del metal sobre los residuos crudos de uva tinta y blanca y uva blanca alcalinizada se ajustaron bien al modelo de Sips. La mayor capacidad de adsorción de plomo se obtuvo con el residuo de uva blanca tratada con ácido cítrico y alcalinización con una capacidad máxima de 116 g kg-1. En el proceso de sorción continua, el material de uva tinta tratado con ácido cítrico y alcalinización, fue efectivo para disminuir la concentración de plomo al valor señalado por la norma chilena para aguas residuales. Considerando esta norma, un kilogramo de material de uva tinta modificada permite tratar 35,4 m3 de agua, en comparación a 12 m3 obtenidos para el material crudo. De este estudio se concluye que los materiales de desecho producidos por las viñas en el proceso de producción de vino en la zona central de Chile, se pueden usar como biosorbentes de bajo costo para la remoción de metales presentes en las aguas residuales. En este estudio se han obtenido resultados promisorios con tratamientos sencillos y de bajo costo, utilizando reactivos de preferencia poco contaminantes, tales como el ácido cítrico y el hidróxido de sodio, logrando así mejorar de manera considerable la capacidad de sorción del biosorbente crudo

In this study, lignocellulosic residues from the wine industry were evaluated as potential biosorbents of lead present in wastewater. To this end, grape stalks from two grape varieties, red and white, were chemically treated to increase their sorbent capacity of metals. Two treatments were evaluated, one of them being the alkaline hydrolysis, in which different concentrations of NaOH were tested, selecting those more effective for both materials. The other treatment corresponded to the incorporation of a metal chelating agent, in this case citric acid, which was also evaluated in different concentrations with subsequent alkalinization of the material. In the case of alkaline hydrolysis, treatments with 0.4 and 0.6 mol L-1 of NaOH were selected for grape stalks of red and white grape, respectively. In the case of the chelating agent, the treatments with 0.6 and 0.8 mol L-1 of citric acid were chosen for the grape stalks of red and white grape, respectively. The selected materials, crude and treated, were characterized by different techniques to determine the acid groups, point of zero charge, cation exchange capacity, polyphenol content, functional groups by IR spectroscopy, metals, among others. Sorption kinetics and sorption isotherms of the metal on the different materials were obtained by batch studies. In all cases, the sorption kinetics were adjusted to the pseudo-second order model, whereas the experimental results of the sorption isotherms were well adjusted to the Langmuir model for alkalized red grape stalks, as well as red and white grape stalks treated with citric acid. On the other hand, the sorption of the metal on the raw grape stalks of red and white grape and alkalized white grapes adjusted well to the Sips model. The highest adsorption capacity of lead was obtained with the white grape stalks treated with citric acid and alkalinization with a maximum capacity of 116 g kg-1. In the continuous sorption process, the red grape stalks treated with citric acid and alkalinization was effective in reducing the lead concentration to the value indicated by the Chilean standard for wastewater. Considering this standard, one kilogram of modified grape stalks allows to treat 35.4 m3 of water, compared to 12 m3 obtained for the raw material. This study concludes that the grape stalks generated in the wine production process in central Chile can be used as low cost biosorbents for the removal of metals present in the wastewater. In this study, promising results have been obtained with simple and low cost treatments using low pollutant reagents such as citric acid and sodium hydroxide, thus achieving a considerable improvement in the sorption capacity of the crude biosorbent