APLICACIÓN DE LA FOTOCATÁLISIS SOLAR A LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

Transcripción

1 APLICACIÓN DE LA FOTOCATÁLISIS SOLAR A LA DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL

2 DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA TEXTIL Y PAPELERA GRUPO DE PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA

3 Necesidad de tratamientos alternativos?

4 La creciente demanda de la sociedad para la descontaminación de sus aguas. Regulaciones cada vez más estrictas. Procesos de depuración insuficientes. Desarrollo de nuevas tecnologías de depuración.

5 Qué es la fotocatálisis solar?

6 Tecnologías de oxidación Avanzada Procesos no Fotoquímicos Procesos Fotoquímicos

7 Tecnologías de oxidación Avanzada Procesos no fotoquímicos Ozonización (O 3 ), (O 3 /H 2 O 2 ) Procesos Fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 ) y relacionados Oxidación Húmeda Oxidación electroquímica Otros: Ultrasonidos, plasma, haces de electrones

8 Tecnologías de oxidación Avanzada Procesos fotoquímicos Radiación Ultravioleta (UV) UV/ (H 2 O 2 /O 3 ) Foto-Fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 + luz) y relacionadas Fotocatálisis heterogénea.

9 Ventajas de las Tecnologías de oxidación avanzadas Transforman químicamente al contaminante. Generalmente se consigue la mineralización completa (destrucción) del contaminante. No suelen generar barros. Son muy útiles para contaminantes refractarios a otros métodos. Sirven para tratar contaminantes a muy baja concentración.

10 Ventajas de las Tecnologías avanzadas de oxidación No se forman subproductos de reacción, o se forman en baja concentración. Eliminan compuestos formados por pretratamientos alternativos. Generalmente, mejoran las propiedades organolépticas del agua tratada. Consumen menos energía que otros métodos. Sirven de pretratamiento para un método biológico.

11 FOTOCATALISIS SOLAR Técnica de depuración de aguas residuales consistente en aplicar la energía solar para conseguir la degradación de los contaminantes por oxidación.

12 LIMITACIONES AOPs FOTOQUIMICAS con LUZ UV La eficiencia de los tratamientos fotoquímicos depende del diseño del reactor (tipo de lámpara, nº de lámparas, geometría, hidrodinámica, etc.), lo que incide sobre los costos. Elevado consumo energético Se encarece el proceso

13 FOTOCATÁLISIS SOLAR La fotocatálisis es un proceso que se basa en la absorción directa o indirecta de energía radiante (visible o UV) por el sensibilizador. hν sensibilizador Contaminante

14 El fotocatalizador es capaz de absorber la energía solar emitida, podrá capturar fotones y alcanzar estados electrónicos excitados. -BC +BV hν sensibilizador

15 Cuando estos estados electrónicos excitados se desactivan, se genera una especie orgánica agresiva que será la encargada de atacar la materia orgánica iniciando su degradación oxidativa Contaminante hν -BC +BV sensibilizador Contaminante Oxidado

16 Elementos necesarios para la Fotocatálisis Solar Luz: Solar. Sustrato (contaminante). Oxidante: Aire, O 2, H 2 O 2, S 2 O 2-8. Fotocatalizador: TiO 2, Fe, Otros metales. (Cu, Cr...), Catalizadores Orgánicos soportados.

17 TECNOLOGIAS FOTOQUIMICAS SOLARES FOTOCATALISIS SOLAR: FOTO-FENTON FOTOCATALIZADORES HETEROGENEOS

18 PROCESO FOTO-FENTON FENTON El reactivo de Fenton consiste en : Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH - + HO Un modo de mejorar el proceso es conseguir la reducción del Fe (III) a Fe (II). Se puede conseguir irradiando la disolución con LUZ UV o LUZ SOLAR Fe 3+ + hν + OH - Fe 2+ + HO

19 REACTIVOS empleados en FOTO-FENTON FENTON Peróxido de Hidrógeno: H 2 O 2 Catalizador: Fe (Otros metales). Oxidante: Oxígeno atmosférico. Energía: Luz solar.

20 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE FOTO-FENTON FENTON VENTAJAS: Técnica poco específica. Posibilidad de degradación de gran variedad de contaminantes: Colorantes, Tensioactivos... INCONVENIENTES: Elevado consumo de peróxido de hidrógeno.

21 FOTOCATALIZADORES HETEROGENEOS TiO 2 FOTOCATALIZADORES ORGANICOS SOPORTADOS en zeolitas, sepiolitas...

22 Control del proceso de Fotocatálisis Demostrar degradación de compuestos iniciales e intermedios indeseables que se generen.

23 Medios de Control del proceso de Fotocatálisis Demanda Química de Oxígeno (DQO). Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Carbono Orgánico Total (COT). Determinación de productos inorgánicos. Toxicidad. Aumento de biodegradabilidad.

24 Tecnologías basada en el uso de radiación solar Colectores cilindroparabólico compuestos (CPC) orientados al sur con una inclinación = latitud local.

25 Utilizan tanto la radiación directa como la difusa (50% ). Están constituídos por una superficie reflectante que sigue una forma involuta alrededor de un reactor cilíndrico. Pueden alcanzar una concentración de 10 soles. Colectores CPC

26 Tratamiento de agua por Detoxificación solar Filtro Contactor gas-líquido Colector solar Aditivos Recirculación Uso posterior

27 SUGERENCIA PARA APLICACIÓN VIABLE DE ESTA TECNOLOGIA

28 SUGERENCIAS No es conveniente intentar una mineralización total. El objetivo del tratamiento debe ser aumentar la relación DBO/DQO. Se debe acoplar a un tratamiento biológico. La presencia de algunos iones puede influir.

29 Acoplamiento Fotocatálisis- Tratamiento biológico Al tratar compuestos no biodegradables no es necesario alcanzar 100% de mineralización, basta con aumentar su biodegradabilidad.

30 Posibilidades de aplicación de la Fotocatálisis Aguas residuales con contaminantes no biodegradables; el tratamiento biológico directo no es viable. Volúmenes no muy grandes (<500 m 3 /día). Residuos que se adapten a recirculación con cargas discontinuas.

31 Tecnologías existentes para el tratamiento del agua, en función de la carga orgánica y del volumen a tratar Carbono Orgánico Total (mg/l) Oxidación Húmeda Avanzada/ Incineración Incineración Oxidación Húmeda Avanzada Oxidación Química Oxidación Húmeda Procesos de Oxidación Avanzada Procesos Biológicos Procesos Biológicos Ozono Fotocatálisis H 2 O 2 Procesos Biológicos Caudal (m3/h) Tratamientos Biológicos

32 Aplicaciones potenciales de la Fotocatálisis Tratamiento de fenoles. Compuestos orgánicos clorados (VOCs). Productos farmacéuticos. Residuos de limpieza de tanques portuarios. Eliminación de iones metálicos. Degradación de cianuros. Plaguicidas. Aguas Textiles?

33 EXISTE ALGUN EJEMPLO DE APLICACIÓN INDUSTRIAL DE ESTA TECNOLOGÍA?

34 Aplicaciones Industriales Planta experimental industrial de Arganda del Rey para tratamiento de cianuros (100m 2 colector). Sistema de control automáticos. Evolución del proceso seguido a través de un radiómetro solar que detiene el proceso cuando ha recibido la radiación necesaria para tratamiento.

35 POR QUÉ NOS PLANTEAMOS HACER ESTUDIOS DE FOTOCATALISIS SOLAR?

36 Conveniencia de realizar aquí estudios de fotocatálisis Ubicación geográfica: altos índices de radiación solar durante todo el año. Dificultad de otros países en realizar investigación real en este campo. Posibilidad de liderar investigación en la comunidad Europea.

37 Planta Piloto de detoxificación solar DITEXPA Tratamiento experimental de aguas residuales industriales. Con volúmenes de 25-40l y 3m 3 de colector solar.

38 Equipada con radiómetro para ensayar viabilidad de fotodepuración en aguas reales midiendo radiación necesaria. radiómetro

39 RESULTADOS OBTENIDOS

40 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil Preparación de la muestra

41 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil Llenado de la planta

42 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil t=10 minutos

43 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil t=20 minutos

44 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil t=30 minutos

45 Ejemplo de aplicación: FotoFenton de un colorante Textil t=45 minutos

46 Resultado: aplicación a colorante % Degradación p-rosanilina en 1h de reacción Fe(III) H2O2 Fe(III) + H2O2 Fe(III) + H2O3 Oscuridad

47 OTRO EJEMPLO: TRATAMIENTO DE UN BAÑO DE TINTURA REAL MEDIANTE FOTOCATÁLISIS SOLAR rojo de Sumifix BB150%

48 COLORANTE REACTIVO: rojo de Sumifix BB150% - Relación de baño 1/40-0,04 gr colorante - Cantidad de Sulfato Sódico: 50 gr/l - Cantidad de Carbonato Sódico: 12 gr/l - 5 gr de tejido - 400mg TiO 2 comercial Degussa P25

49 Degradación del rojo de Sumifix BB150% t=0; A= 1,074 t=15m; A= 0,668 t=30m; A= 0,336 t=45; A= 0,176 t=60m; A= 0,119 t= 75m; A= 0,097

50 RECICLO DEL AGUA INICIAL FINAL Absorbancia 1,474 0,0243 ph 10,67 10,82 Conductividad (ms/cm) Tensión Superficial 45,3 47,6

51 2ª tintura de tejido : COMPARACIÓN % REFLECTANCIA % REFELECTANCIA LONGITUD DE ONDA Muestra Patrón Muestra 1 COMPARACIÓN ABSORBANCIA 3 2,5 No se aprecia diferencia en el color ABSORBANCIA 2 1,5 1 0, Muestra Patrón Muestra 1 LONGITUD DE ONDA

52 Muestra Patrón Muestra 1 Incremento L* 59, ,5808 0,5815 a* 48, ,3509-1,2006 b* -5,1529-5,5286-0,3757 C* 48, ,6726-1,1517 h 353, ,3404-0,5064 DE*ab 1,3859 Pasa/No pasa PASA L* = Claridad a*, b* = Cromacidad C* = Croma (contenido de color) h = tono

53 ENSAYO DE SOLIDEZ AL LAVADO ESCALA DE GRISES Muestra patrón Muestra problema Cambio de color: 5 5 Descarga: No se aprecia diferencia entre muestra inicial y muestra problema

54 CONCLUSIÓN: Una aplicación de la fotocatálisis solar es el reciclado de las aguas de tintura.

55 TRATAMIENTO DE TENSIOACTIVOS POR FOTOCATALISIS S + TiO2 S + TiO2 + H2O2 DBS SDS S + Cr(VI) + H2O2 S + Cr(III) + H2O2 S + Fe(III) + H2O2 S + H2O

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58 Aplicaciones Industriales: Tratamientos de cianuros Empresa del sector de recubrimientos metálicos: Transformación cuantitativa de CN - en OCN -, que se oxida totalmente a CO 2 y NO - 3 CN - + 2OH - + 2H OCN - + H 2 O 2H + BV NO OCN O H 2 O NO CO 2 + H 2 O 2 [CN - ] en aguas tratadas = de 0 2 a 20 g/l Coste: 25 Euros/Kg CN - Viabilidad Fotocatálisis: [CN - ] < 8 g/l