Tratamiento de oxidación avanzada

Presentación del tema: "Tratamiento de oxidación avanzada"— Transcripción de la presentación:

1 Tratamiento de oxidación avanzada
UNIVERSITAT DE BARCELONA DEPARTAMENT D’ ENGINYERÍA QUÍMICA Tratamiento de oxidación avanzada Santiago Esplugas Recife Agosto 2009

2 PROGRAMA 1. Panorámica del tratamiento de aguas. Concepto de contaminante. Parámetros asociados al tratamiento de aguas. Potabilización de aguas. Depuración de aguas (1h). 2. Eliminación de contaminantes por métodos químicos. Métodos químicos. Oxidantes usados a escala industrial. El radical hidroxilo. Tipos de oxidación avanzada.(1h) 3. Fotoquímica. Características de la radiación. Fuentes de radiación. Tipos de reactores fotoquímicos. Ecuaciones básicas para el diseño de fotoreactores. (2h) 4. Tratamientos de oxidación mediante ozono. Características físicas del ozono. Reactividad y propiedades físicas del ozono. Generación de ozono. Importancia de la transferencia de materia. Tipos de contactores. Aplicaciones principales del ozono. Ventajas e inconvenientes de la aplicación del ozono. Procesos de oxidación avanzada basados en ozono y ozono/uv. (4h) 5. Tratamientos de oxidación avanzada que utilizan peroxido de hidrogeno. Características del peròxido de hidrógeno. Procesos Fenton i Foto-Fenton. (1h) 6. Tratamientos de oxidación avanzada mediante fotocatàlisis.(2h) 7. Otros tratamientos de oxidación avanzada: Oxidación húmeda, Procesos Electroquímicos, Sonólisis y Cavitación, etc. Acoplamiento con Procesos Biológicos. (1h)

3 ELIMINACIÓN DE CONTAMINANTES POR METODOS QUÍMICOS
Oxidantes usados a escala industrial El radical hidroxilo Tipos de oxidación avanzada.

4 METODOS QUIMICOS (destructivos ) Precipitación Intercambio iónico
Reducción Química Oxidación Química oxidación biológica cloro peroxido de hidrógeno ozono AOP - radical (OH •)

5 OXIDANTES CLASICOS Cloro: Es un oxidante fuerte y barato. Los mayores inconvenientes que presenta son su poca selectividad, el hecho de requerir grandes dosis y que suele formar subproductos organoclorados (cancerígenos). Permanganato de potasio: Es un oxidante fuerte pero caro, que funciona bien en un amplio rango de pH. Tiene el inconveniente de que es difícil de manejar y añade manganeso al agua que se trata.  Oxígeno:  Es un oxidante moderado que requiere grandes inversiones en instalaciones. Sus bajos costes de operación pueden hacer atractivo al proceso. Peróxido de Hidrógeno: Es un oxidante multipropósito para una gran variedad de sistemas. Se puede aplicar directamente o con un catalizador. Sin embargo, el peróxido sin catalizar no ataca a algunos compuestos orgánicos. Ozono: Es un oxidante fuerte que tiene la ventaja de que, al igual que el oxígeno y el peróxido de hidrógeno, no introduce nuevos iones en el medio y además no produce compuestos más tóxicos. Tiene el inconveniente de ser un gas difícil de manejar e inestable, debiéndose producir “in situ”.

6 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Especie Eo (V) Eo/Eo(Cl2) Flúor 3.06 2.25 Radical Hidroxilo 2.80 2.05 Atomo de Oxígeno 2.42 1.78 Ozono 2.08 1.52 Peróxido de Hidrógeno 1.30 Permanganato de Potasio 1.70 1.25 Acido Hipocloroso 1.49 1.10 Cloro 1.36 1 Dióxido de Cloro 1.27 0.93 Oxígeno 1.23 0.90 Potenciales de reducción (Eo) y referidos al cloro (Eo/Eo(Cl2))

7 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Compuestos oxidables por los radicales hidroxilo

8 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Compuestos no oxidables por los radicales hidroxilo Secuestrantes de radicales hidroxilo Aniones (Carbonato, Sulfato, Cloruro ………..) Alcoholes (Terbutanol, propanol,……) Bidga, R.J. (1995) “Consider Fenton’s Chemistry for Wastewater Treatment”, Chem. Eng. Progr., 91 (12),

9 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Muy baja selectividad Mecanismo de degradacion de fenol

10 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Mecanismos complejos Ozono+UV hidroxilo perhidroxilo

11 CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH•
Aumento de la biodegradabilidad O3 colorantes WO papelera Fenton textil O3 tensioactivo

12 clasicos modernos CARACTERÍSTICAS DEL RADICAL OH• procesos oscuros
Diferentes métodos de generar radicales hidroxilo procesos oscuros (dark processes) ozono ozono/peróxido de hidrógeno reacción de Fenton procesos ultravioleta (uv radiation processes) fotolisis de agua ozono/uv peróxido de hidrógeno/uv ozono/peróxido de hidrógeno/uv fotofenton fotocatálisis generación electroquímica cavitación - sonolisis haces de electrones (electron beam) oxidacion humeda (wet oxidation) oxidación supercrítica (supercritical water oxidation) clasicos modernos

13 (condiciones suaves) presion atmosferica y temperatura ambiente
AOP clasicos homogeneos heterogeneos fotolisis O3/UV TiO2/UV Fe+3/UV/H2O2 O3/H2O2 O3 sonolisis electrolisis Se divide principalmente en dos partes, una primera parte donde se estudiaran los procesos llamados homogéneos, y son aquellos procesos donde todos los reactivos son líquidos o en disolución. Y una segunda parte dedicada a los procesos heterogéneos, se trata de reacciones gas-liquido, donde el reactante gaseoso es el ozono. Los tratamientos estudiados en la primera parte son la fotolisis mediante radiación ultravioleta, y el proceso que combina radiación ultravioleta y un oxidante ( en este caso se utilizaron peróxido de hidrogeno y sales de hierro III). En cuanto a la segunda parte se estudiaron los procesos de ozonización. Ozonización combinada con radiación UV, y ozonización combinada con peróxido de hidrogeno, también se realizaron experimentos combinando ozono, radiación y peróxido a la vez. Todos estos tratamientos, están basados principalmente en el poder oxidativo del radical ·OH, considerado uno de los oxidantes más potentes. radiacion uv Radical ·OH (condiciones suaves) presion atmosferica y temperatura ambiente

14 AOP modernos (hot AOP) ELECTRON BEAM CAVITATION WET OXIDATION
SUPERCRITICAL WATER OXIDATION Se divide principalmente en dos partes, una primera parte donde se estudiaran los procesos llamados homogéneos, y son aquellos procesos donde todos los reactivos son líquidos o en disolución. Y una segunda parte dedicada a los procesos heterogéneos, se trata de reacciones gas-liquido, donde el reactante gaseoso es el ozono. Los tratamientos estudiados en la primera parte son la fotolisis mediante radiación ultravioleta, y el proceso que combina radiación ultravioleta y un oxidante ( en este caso se utilizaron peróxido de hidrogeno y sales de hierro III). En cuanto a la segunda parte se estudiaron los procesos de ozonización. Ozonización combinada con radiación UV, y ozonización combinada con peróxido de hidrogeno, también se realizaron experimentos combinando ozono, radiación y peróxido a la vez. Todos estos tratamientos, están basados principalmente en el poder oxidativo del radical ·OH, considerado uno de los oxidantes más potentes.

15 Perkow, H. , Steiner, R. , Vollmüller, H
Perkow, H., Steiner, R., Vollmüller, H. (1980) "Naßoxidation - Ein Beitrag zum Stand der Technik“. Chemie Ingenieur Technik 52,

16 Suitability of water treatment according to COD
10 100 1000 Classical AOP Wet Oxidation Incineration COD (g.L-1) 20 200 autothermic 2 Andreozzi, R., Caprio, V., Marotta, R. (1999) Advanced Oxidation Processes (AOP) for water purification and recovery”, Catal Today 53 (1) 51-59

17 Waste water COD removal - AOPs applications
From these examples of applications and considering all others we know today from different sources we can draw out a figure of the use of AOP for COD removal in waste water treatment. With regards to economic consideration it appears than ranging few 10 mg/L to few 100mg/L the UV based systems and O3/H2O2 combination are set out. The Fenton process and pressurised Fenton processes are much more dedicated to COD ranging 800mg/l to 30000mg/L while the WAO process since to get interest for COD of 30000mg/L up to mg/L. Above this value incineration should be the ultimate solution. It is clear than higher is the COD and lower is the quantity of flow which is really economically acceptable. To complete this purpose about waste water treatment we can mention the case of concentrate coming from gas treatment for hydrophilic COV with a chemical washing process. In such case in which we get dirty water which contains few g/l of COV (case of formaldehyde and phenols) and with a small volume (few m3/d) AOPs can be used to recover the washing water with the same figure. Suty,H., Coste, M. “The AOPs tools in the treatment of waste water effluents” 3rd European Meeting on Solar Chemistry and Photocatalysis :Environmental Applications Barcelona, 30 June and 1, 2 July 2004

18 Suitability of water treatment according to TOC
WO & Incineration Incineration WO WO & Biological Fenton Biological TOC (mg.L-1) O3 H2O2 Biological Biological Flow rate (m3.h-1) Hancock,F.E. (1999) “Catalytic strategies for industrial water reuse” Cat. Today 53, 3-9

19 Combinacion de AOPs con tratamiento biologico
Integracion de tratamientos quimicos y biologicos (aerobio, anaerobio): disminuye el coste de tratamiento aumenta la biodegardabilidad elimina la toxicidad AGUA RESIDUAL DOMESTICA Biodegradabilidad (BODn/COD) = METCALF & EDDY, INC (1995) “Wastewater engineering: treatment, disposal and reuse (Spanish version)”, 3ª ed., McGraw-Hill, New York, USA

20 Clasificacion AOP Lab. Fisicos (ultrasonidos, cavitacion,..)
Ind. nivel desarrollo Fisicos (ultrasonidos, cavitacion,..) Electron beam, electroquimicos Con radiacion Oxidacion critica y supercritica Con peroxido Con ozono

21 Procesos basados en la radiacion visible-ultravioleta
Lab. Ind. nivel desarrollo Fotolisis directa (VCV) UV/semiconductores (fotocatalisis) UV/H2O2/Fe+2 (fotoFenton) UV/H2O2 UV/O3

22 ANALISIS COMPARATIVO DE VARIOS AOP

23 ANALISIS COMPARATIVO DE VARIOS AOP

24 Tratamiento de oxidación avanzada
UNIVERSITAT DE BARCELONA DEPARTAMENT D’ ENGINYERÍA QUÍMICA Tratamiento de oxidación avanzada Santiago Esplugas Añadir algo de reactividad hisdroxil Tener preparada una trasparencia de los diversos AOP Recife Agosto 2009