Contenidos Jornadas Oxidación Avanzada

Dic 19, 2015 Categoría : jornadas

DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS MEDIANTE OXIDACIÓN AVANZADA CON RADIACIÓN SOLAR: UN PROCESO DOBLEMENTE SOSTENIBLE

Sixto Malato.

Plataforma Solar de Almería. Carretera Senes, km. 4. Tabernas, 04200-Almería.

Sixto.malato@psa.es

 

Los Procesos Avanzados de Oxidación pueden definirse como técnicas de tratamiento basados en la acción de especies altamente reactivas, los radicales hidroxilo, que conducen a la oxidación completa de los contaminantes. En los últimos 30 años, se ha desarrollado mucho conocimiento sobre los PAOs debido a la variedad de tecnologías disponibles y el amplio campo de aplicaciones posibles. Entre los PAOs se incluyen, entre otros, la fotocatálisis homogénea y heterogénea en presencia de radiación solar ultravioleta (UV) o radiación visible. Los PAOs tienen como principal aplicación el tratamiento de aguas residuales industriales conteniendo contaminantes tóxicos o no biodegradables pero también se pueden aplicar en aguas subterráneas o bien como tratamiento terciario en EDARs, producción de agua ultrapura, tratamiento de compuestos orgánicos volátiles, etc. La instalación y operación de los PAOs supone un coste relativamente alto y por tanto se considera el uso de energía solar como una de las principales características que los pueden hacer sostenibles. Los primeros fotorreactores solares utilizados para aplicaciones fotocatalíticas se desarrollaron alrededor de 1990 y desde entonces se ha impulsado el diseño de fotorreactores capaces de emplear no sólo radiación solar directa sino también la difusa, y de elevada eficiencia óptica y cuántica.

Es evidente que cada agua real precisa de un estudio completo y siempre es interesante ensayar varios procesos o combinaciones de los mismos para tratar un mismo tipo de agua con el fin de escoger la opción más apropiada. Para determinar la opción de diseño es preciso fijar objetivos de calidad final del efluente, incluir estudios económicos y evaluar los impactos ambientales de cada proceso. Asimismo, es necesario realizar experimentos previos a escala de laboratorio o planta piloto en los que se encuentren las condiciones de operación más favorables. Otro campo interesante es la integración de varios procesos con el fin de aunar de manera sinérgica las ventajas de cada etapa. Un análisis completo de un efluente real que conduzca a un resultado concluyente incluiría pues la evaluación de varios procesos o combinaciones de los mismos y un seguimiento no sólo de la desaparición de los contaminantes sino también de otras variables importantes como la toxicidad y biodegradabilidad, evolución de intermedios de reacción, análisis económico y de impacto ambiental, etc. Esta conferencia versará sobre todos estos aspectos, mostrando el estado actual de la técnica de descontaminación de aguas utilizando radiación solar.

 

APLICACIÓN DEL OZONO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

Carmen Sans

Departamento de Ingeniería Química, Universitat de Barcelona, Marti i Franques, 1 08028 Barcelona

carmesans@ub.edu

 

Actualmente una de las principales preocupaciones es la acumulación de contaminantes emergentes en el medio ambiente, tal y como se refleja en la legislación, cada vez más restrictiva, así como en el creciente número de artículos disponibles en la literatura científica acerca de su presencia, impacto, transporte y sobre posibles tecnologías para eliminarlos.

Los principales canales seguidos por los microcontaminantes para entrar en el medio ambiente están bien identificados. Las EDAR urbanas o mixtas son uno de ellos y constituyen el mejor lugar donde aplicar tratamientos avanzados para eliminar estos contaminantes, entre ellos la ozonización.

La ozonización es una técnica de oxidación química que promueve la descomposición completa o parcial de los contaminantes orgánicos recalcitrantes. El ozono se puede utilizar para la mineralización (eliminación de carbono orgánico total) de moléculas orgánicas, aunque en muchos casos implica el uso de altas dosis de ozono, y el encarecimiento del proceso. Una buena estrategia es la utilización de la ozonización como pretratamiento, ya que los productos de la oxidación parcial con ozono  son generalmente más fácilmente biodegradables que sus precursores.

En las plantas de tratamiento de aguas residuales, la ozonización se puede aplicar después del proceso de lodos activados como un tratamiento terciario, con el fin de eliminar contaminantes recalcitrantes restantes en el efluente. En este caso, la evaluación de la biodegradabilidad y la toxicidad de los productos resultantes de la ozonización es un punto crítico para evaluar la posibilidad de utilizar el ozono como parte del acondicionamiento final de agua.

Al mismo tiempo que se incide sobre la oxidación de los contaminantes emergentes del agua residual, también se oxida parte de la materia orgánica presente en el efluente.    Esto, que en algunos casos puede suponer un inconveniente, se puede aprovechar para mejorar el proceso biológico actual de las EDAR.  Así, la pre-ozonización puede reducir el tiempo de retención requerido en el tratamiento biológico de fangos activados, lo que representa una mejora sustancial en términos de proceso y un medio económico para el tratamiento de productos químicos orgánicos bio-recalcitrantes en las aguas residuales.

Durante la conferencia se hará un repaso a la aplicación de la ozonización para la eliminación de contaminantes emergentes, así como los efectos del ozono sobre la materia orgánica del efluente.  Finalmente, se trataran otros aspectos ingenieriles importantes en la operación del proceso de ozonización como son la trasferencia de materia del ozono al agua y el IOD (immediate ozone demand).

 

PROCESOS ELECTROQUÍMICOS DE OXIDACIÓN AVANZADA PARA EL TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN AGUAS

Enric Brillas

Laboratori d’Electroquímica dels Materials i del Medi Ambient, Departament de Química Física, Facultat de Química, Universitat de Barcelona, Martí i Franquès 1-11, 08028 Barcelona

brillas@ub.edu

En esta conferencia se presentan los fundamentos y principales aplicaciones de los procesos electroquímicos avanzados de oxidación (EAOPs) que se están desarrollando para el tratamiento de aguas contaminadas con compuestos orgánicos. Los EAOPs se basan en la electrogeneración de radicales hidroxilo (OH•) que poseen un gran poder oxidante por su elevado potencial estándar de reducción (Eo = 2.80 V/ENH). Los radicales OH• son capaces de atacar de forma no selectiva a las moléculas orgánicas hasta su completa mineralización en dióxido de carbono, agua e iones inorgánicos. Se describirá, en primer lugar, la oxidación anódica o electro-oxidación donde los radicales OH• se forman en la superficie de un ánodo de alto sobrepotencial de O2, poniéndose especial énfasis en el uso de los ánodos de diamante dopado con boro (BDD) que son los más potentes en esta tecnología. Se seguirá estableciendo las características del proceso electro-Fenton, donde se genera continuamente H2O2 por reducción bielectrónica del O2 en un cátodo carbonoso y se añade Fe2+ a la disolución para que se produzcan radicales OH•en el seno de la disolución mediante la reacción de Fenton. Después se incidirá en procesos acoplados con la luz como los procesos fotoelectro-Fenton, matizando el gran interés que tiene en ellos el uso de la energía solar por ser renovable y gratuita. Para todas las tecnologías descritas se expondrán ejemplos que muestren su capacidad oxidativa sobre contaminantes comunes como herbicidas, fármacos y colorantes. Se describirán tratamientos a distintas escalas, con celdas de 100 mL y plantas de flujo de 2,5 y 10 L. En el caso del fotoelectro-Fenton solar, se discutirán los resultados utilizando un fotorreactores plano o de CPC. También se detallará el uso de una planta de flujo solar autónoma de 10 L alimentada con una placa fotovoltaica y la combinación de procesos para mejorar la degradación de los contaminantes. Se describirán los efectos más importantes de las variables experimentales sobre la degradación de los compuestos orgánicos, así como la formación de productos aromáticos y ácidos carboxílicos alifáticos que influyen enormemente sobre su velocidad de mineralización.

 

PROCESO FOTO-FENTON SOLAR: ESTRATEGIAS DE APLICACIÓN EN CONDICIONES PRÓXIMAS A LA NEUTRALIDAD

Ana Mª Amat Payá

Departamento de Ingeniería Textil y Papelera Universidad Politécnica de Valencia- Campus de Alcoy. Plaza Ferrándiz y Carbonell, 1. 03801 Alcoy (Alicante)

aamat@txp.upv.es

 

Dentro de los procesos de Oxidación Avanzada, la fotocatálisis solar resulta especialmente interesante para la eliminación de contaminantes por el empleo de la energía solar como única fuente de energía, lo que economiza la aplicación de procesos para depuración de efluentes industriales y hace factible su estudio para implantación industrial o como tratamiento terciario de EDARs.

El proceso foto-Fenton se engloba dentro de estos métodos de tratamiento y se basa en la generación de especies muy reactivas como el radical hidroxilo, con capacidad de oxidar a gran variedad de contaminantes, pudiendo llegar a la mineralización si el proceso se prolonga lo suficiente o, quedándose en estados de oxidación intermedios que permitan un acoplamiento con otros métodos de depuración como pueden ser procesos biológicos. En estos casos es imprescindible realizar estudios de detoxificación en los estados intermedios del tratamiento.

Este método presenta numerosas ventajas frente a otros tratamientos alternativos como son que opera en medios homogéneos; tiene capacidad de captación de fotones en un amplio intervalo del espectro solar y por tanto mayor eficiencia; si se trabaja con las concentraciones de hierro admisibles en las ordenanzas de vertido no es necesario acoplar procesos de recuperación de catalizador…

Su principal inconveniente es que las condiciones óptimas de su aplicación son a pH ácidos (en torno a 3). Esto complica y encarece su aplicación a efluentes que se encuentren a pH superiores o que deban ser vertidos posteriormente a dichos pHs. Por ello, en los últimos años han surgido numerosos estudios enfocados a estudiar estrategias de aplicación del proceso foto-Fenton en pH que se encuentren en el entorno de la neutralidad.

Esta conferencia quiere exponer las distintas posibilidades de aplicación del proceso foto-Fenton y su eficiencia cuando se emplean diferentes estrategias para aplicarlo a pH mayores a 3.

 

SISTEMAS NO CONVENCIONALES PARA PROCESOS FOTOQUÍMICOS DE OXIDACIÓN

Francisco Galindo

Universitat Jaume I. Departamento de Química Inorgánica y Orgánica Av. V. Sos Baynat, s/n – 12071 Castellón

francisco.galindo@uji.es

La combinación de luz y catalizadores (fotocatálisis) en procesos de oxidación ha sido muy estudiada hasta la fecha. El principal material estudiado en los últimos 40 años es el dióxido de titanio (TiO2). Sin embargo, otros materiales alternativos se continúan proponiendo como alternativas, al menos desde el punto de vista académico. Desde la perspectiva de la Química Orgánica existe una amplia colección de fotosensibilizadores capaces de participar directamente en reacciones de oxidación, o de generar especies oxidantes (radical superóxido, oxígeno singlete, etc). Desde el punto de vista aplicado resulta de gran interés la inmovilización de dichos fotosensibilizadores en matrices sólidas, que permitan la separación del fotocatalizador tras su uso. Como soportes se encuentran descritos una amplia variedad de sistemas, desde nano/micropartículas inorgánicas hasta materiales de tipo polimérico. En este trabajo se presentará una recopilación de los últimos avances sobre fotocatalizadores basados en polímeros. Considerando la enorme prevalencia del TiO2 en procesos de oxidación avanzada, puede considerarse a dichos polímeros fotoactivos como sistemas no convencionales, dado que representan una alternativa minoritaria, por comparación numérica con el gran número de estudios que usan el TiO2 como fotocatalizador. Sin embargo, dada la versatilidad de la Síntesis Orgánica podrían ser de utilidad para aplicaciones específicas. En la mayoría de los casos descritos, la posibilidad de usar luz del rango visible supone la principal ventaja de los sistemas orgánicos frente a los basados en TiO2, caracterizado por una fuerte absorción por debajo de 400 nm. Se discutirán ejemplos extraídos de la bibliografía así como desarrollos propios realizados en fechas recientes.

 

TECNOLOGÍA ELECTROQUÍMICA PARA TRATAMIENTO DE AGUA. EXPERIENCIAS EN DESINFECCIÓN Y ELIMINACIÓN DE NITRÓGENO EN EFLUENTES DE EDAR”.

Juan Ibañez,

GEODESIC, Calle Doctor Esquerdo, Nº 105.  28007 Madrid

j.ibanez@geodesic-i.com

Raul Berenguer

Departamento de Ingeniería Química, Universidad de Alicante Carretera de San Vicente del Raspeig s/n 03690 San Vicente del Raspeig, Alicante

raul.berenguer@ua.es

La ponencia pretende trasladar a la audiencia una idea del estado actual, bondades, inconvenientes y posibilidades de la electroquímica para el tratamiento de agua a escala industrial. Para ello se realiza una retrospectiva del intenso desarrollo realizado por Geodesic los últimos años en los dos campos considerados de mayor relevancia: Desinfección mediante electroporación y generación de oxidantes sin sal ni otros aditivos y eliminación de nitrógeno amoniacal mediante oxidación directa y mediante generación/destrucción de cloraminas. Para ambos casos se presentará la trayectoria desde la escala piloto hasta la escala a nivel industrial haciendo incidencia en la problemática encontrada en la técnica y en los cambios de escala así como las soluciones adoptadas o a adoptar. Para terminar la ponencia se hablará desde un punto de vista más teórico sobre el futuro de la técnica, los retos de investigación y desarrollo en relación al control, materiales y costes así como la necesidad del fomento y fortalecimiento de la relación entre centros de investigación y empresas para que los productos generados en la investigación puedan encontrar mejor salida al mercado y para que los desarrollos a nivel industrial puedan tener el mejor soporte técnico. Reflejo de este espíritu de colaboración, la ponencia es compartida por personal investigador de la Universidad de Alicante y personal técnico de la empresa Geodesic.

 

ELIMINACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS EN AGUA POTABLE A PARTIR DE PROCESOS MIXTOS FENTON-FOTOCATALÍTICOS

Javier García Castillo

FACSA, C/ Mayor nº82-84 – 12001 Castellón

jgarcia@facsa.com

 

Para estar prevenidos ante situaciones diversas que se puedan dar en cauces de agua destinada al consumo humano es necesario poseer las tecnologías y los medios adecuados ante tales posibilidades. Una de ellas es la de vertidos de productos orgánicos a ríos o pantanos, bien sea por accidente o bien por causa provocada. En este sentido, en las ETAPs hay que estar preparados para estas posibilidades de forma tal que se reaccione a tiempo y se mantenga la calidad del agua en el máximo posible dentro de los límites legales.

Muchos productos y compuestos orgánicos no se eliminan con los oxidantes clásicos como puede ser el Cloro, el Ozono, el Permanganato Potásico o el Dióxido de Cloro. El carbón activo tampoco lo adsorbe.

Para la eliminación de estos contaminantes del agua potable se han desarrollado diferentes procesos físico-químicos los cuales se basan en producir cambios en la estructura de las moléculas contaminantes para hacerlas no contaminantes o bien eliminarlas completamente. Entre estos procesos están los de tipo fotoquímicos y no fotoquímicos. En el primer caso se necesita una radiación ultravioleta-visible (UV-vis) mientras que en el segundo se requiere el uso de compuestos químicos (O3, H2O2, Fe2+) o procesos eléctricos (electroquímicos, en este caso). Muchos de estos procesos han mostrado ser efectivos en la eliminación de contaminantes de aguas como son detergentes, herbicidas, colorantes, etc.

Entre los diferentes métodos utilizados actualmente suele llevarse a cabo una mezcla de varios de los dos procesos mencionados, fotoquímicos y no fotoquímicos, sin embargo la eficacia todavía no es muy elevada, requiriendo altas concentraciones tanto de reactivos como de radiación UV-vis. A su vez, la adición de reactivos debe estar muy bien controlada ya que pueden quedar en exceso o bien generar nuevos compuestos, también contaminantes, que de nuevo tienen que ser eliminados.

En este trabajo se ha llevado a cabo un estudio de la eficacia de estos dos procesos simultáneos sobre la eliminación de compuestos orgánicos en agua potable. Para ello se han utilizado tanto TiO2 como reactivo Fenton y se ha estudiado la influencia en la cantidad degradada. Las conclusiones servirán para el siguiente estudio sobre deposición de dichos reactivos en superficies transparentes de vidrio especial.

 

OXIDACIÓN UV PARA EL TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES MEDIOAMBIENTALES: APLICACIONES PRÁCTICAS

Álex Vilà Girbal

AQUABONA, S.L. Tratamiento y Desinfección de Aguas C./ Ganduxer, 14  08021 Barcelona

alex.vila@aquabona.biz

 

La ponencia se dividirá en tres bloques:

  1. Introducción al Proceso Oxidación Avanzada (AOP) mediante UV
  2. Pasos a seguir para recomendar una solución AOP-UV
  3. Instalaciones Existentes AOP-UV

1.- Introducción al Proceso Oxidación Avanzada (AOP) mediante UV

  • La fotólisis UV
  • La oxidación UV
  • Cinética fotoquímica
  • Diagrama de proceso del sistema de oxidación UV

2.- Pasos a seguir para recomendar una solución AOP-UV

  • Sumario de los datos requeridos para iniciar un estudio de oxidación avanzada

3.- Instalaciones Existentes AOP-UV

  • PWN Water Supply Company (Holanda)- Tratamiento de microcontaminantes y desinfección con UV para agua potable
  • Industria de fabricación TFT-LCD (Thin-Film-Transistor Liquid-Crystal Display)- Recuperación de efluentes mediante la reducción de contaminantes específicos no divulgables
  • Fabricante de tableros de fibra MDF- Reducción de VOCs – aldehídos
  • Yacimiento petrolífero- Reducción de fenoles y bencenos en el agua de proceso

 

CASO PRÁCTICO – APLICACIÓN DE AOP MEDIANTE TECNOLOGÍA H2O2/UV Y FOTO-FENTON EN UNA INDUSTRIA QUÍMICA

Javier Donato

SITRA Polígono Industrial Carretera de Nules, C/ Coral, 12530 Borriana, Castellón

jdonato@sitra.es

 

En las últimas décadas las tecnologías de oxidación avanzada se han consolidado como una alternativa eficiente en la destrucción de sustancias tóxicas, incluyendo las orgánicas, inorgánicas, metales o patógenos. En general en el tratamiento de aguas las tecnologías de oxidación avanzada se utilizan cuando los efluentes contaminados tienen una alta estabilidad química y/o una baja biodegradabilidad. Es cada vez más común la utilización de la oxidación avanzada en los tratamientos terciarios y especialmente en las plantas depuradoras de ciertas industrias. La oxidación avanzada la componen una variada y amplia relación de tecnologías basadas en gran parte en la generación de los radicales hidroxilo. Estos radicales tienen un alto potencial Redox y son capaces de destruir e incluso de mineralizar cualquier contaminante orgánico. Este tipo de reacciones se caracterizan por su no selectividad y por las altas velocidades de reacción. Los radicales hidroxilo se generan “in situ” por la aplicación directa o por la combinación de agentes oxidantes como el ozono, el peróxido de hidrógeno, la radiación UV o las sales férrico/ferrosas, entre otras. En la actualidad se suelen clasificar las tecnologías de oxidación avanzada en procesos homogéneos y heterogéneos, disponiendo, dentro de estos últimos, de sistemas energéticos y sin energía. Entre la gran variedad de tecnologías disponibles, revisaremos las bases de procesos heterogéneos energéticos con aplicación de radiación UV (en concreto la tecnología H2O2/UV y foto-Fenton) y analizaremos el caso práctico de aplicación de estas tecnologías en el tratamiento del efluente de una industria química con una significativa contaminación refractaria residual y baja biodegradabilidad.

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