GRUPO T5: OXIDACION DE CONTAMINANTES ORGANICOS NO BIODEGRADALES en AGUAS: EVOLUCION de la TOXICIDAD y la MINERALIZACION

Transcripción

1 4ª REUNIÓN PROGRAMA CONSOLIDER TRAGUA 17, 18 y 19 de junio de 2009, Alicante Tratamiento y Reutilización de Aguas Residuales para una Gestión Sostenible GRUPO T5: OXIDACION DE CONTAMINANTES ORGANICOS NO BIODEGRADALES en AGUAS: EVOLUCION de la TOXICIDAD y la MINERALIZACION

2 compuestos orgánicos no biodegradables en aguas oxidación Oxidación avanzada Oxidación Húmeda (catalítica) Intermedios orgánicos oxidación Intermedios Finales + CO 2

3 Ejemplo: EVOLUCION TOXICIDAD EN LA ELIMINACION DE COLORANTES POR REACTIVO FENTON dosis estequiométricas de H 2 O 2 [Fe 2+ ]=10 mg/l 100 mg/l colorante EJEMPLO: RUTA OXIDACION BRILLIANT GREEN

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5 Toxicidad de los Intermedios de Oxidación Detectados ph ACIDO Compuesto (ppm) Fenol 16,7 Catecol 8,32 Hidroquinona 0,041 p-benzoquinona 0,1 Ácido maleico 247 Acido malónico >150 Ácido acético 130 Ácido oxálico > 450 Ácido fórmico 162 CICLICOS Hidroquinona (HQ) Catecol (CTL) p-benzoquinona (BQ) ACIDOS CADENA CORTA Maleico (MAL) Fumárico (FUM) Malónico (MLO) Acético (ACE) Oxálico (OXA) Fórmico (FOR)

6 Ruta oxidación fenol por R.Fenton (Zazo y col. 2005)

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8 DISMINUCION DQO (o COT) ELIMINACION COMPUESTOS TOXICOS CONTAMINANTE ORIGINAL e INTERMEDIOS TOXICOS INTEGRACION TRATAMIENTO BIOLOGICO

9 MODELADO DE LA OXIDACION DE CONTAMINANTES ORGANICOS EN AGUAS Problema: Gran Variedad de Contaminates y de intermedios de oxidación (metodos analíticos complejos y tediosos) Solución:Empleo de modelos de lumping de especies para modelar la TOXICIDAD y el TOC (o la DQO) con el tratamiento (parámetros TOXICIDAD y TOC) (Kinetic Modelling for Non-Biodegradable Wastewaters: an Ecotoxicity Lumping Approach Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 48 pp pp (2008) Oxidación de fenol MINERALIZACION x=0,3 A: compuestos orgánicos oxidables (mg C/L) B: compuestos orgánicos refractarios (mg C/L) TOC: Carbono orgánico Total (mg C/L)

10 TOXICIDAD siendo P el contaminante original o agrupación de estos, I, D lumped especies que corresponden a los primeros y últimos intermedios órganicos producidos en etapas en serie en la oxidación. P, I and D se expresan como organic carbon content (mgc L -1 ) Las Unidades de Toxicidad de una muestra a un cierto tiempo de tratamiento se pueden calcular como: Condiciones Iniciales:

11 TOXICIDAD

12 Modelo Simplificado de la Evolucion de la Toxicidad durante el Tratamiento del Agua Residual > 1? INTERMEDIOS MAS TOXICOS QUE CONTAMINANTE ORIGINAL < 1? INTERMEDIOS MENOS TOXICOS QUE CONTAMINANTE ORIGINAL

13 Analisis de los datos de toxicidad en bibliografia en la oxidacion de fenol Referencias en Kinetic Modeling of Toxicity Evolution during Phenol oxidation Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 47, pp (2009)

14 Modelo Simplificado de la Evolucion de la Toxicidad durante el Tratamiento del Agua Residual ph acido Parameter k 1,0 (L g AC -1 min -1 ) k 2,0 (L g AC -1 min -1 ) Estimated value Ea Ea (P)/ (I) 75 (P)/ (D) <0.01 ph basico Valores experimentales (puntos) y predichos (lineas) de la evolución de la Toxicidad en la Oxidación Húmeda Catalítica de Fenol a ph ácido y básico con un Carbón Activo AC Industrial React FE01606A como catalizador. Datos de Santos et al. Estimated value Parameter k 1 (L g AC -1 min -1 ) k 2 (L g AC -1 min -1 ) - (P)/ (I) <0.01 (P)/ (D) <0.01

15 Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter Estimated value k 1,0 (L g Cat -1 min -1 ) k 2,0 (L g Cat -1 min -1 ) --- Ea Ea 2 -- (P)/ (I) < 0.01 (P)/ (D) < 0.01

16 Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter Estimated value k 1 (min -1 ) k 2 (min -1 ) (P)/ (I) 9.5 (P)/ (D) >0.01

17 Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter Estimated value k 1 (min -1 ) 0.09 k 2 (min -1 ) 0.21 (P)/ (I) < 0.01 (P)/ (D) 0.359

18 Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter [Fe]=1 mg/l [Fe]=5 mg/l [Fe]=10 mg/l k 1 (1/min) k 2 (1/min) (P)/ (I) (P)/ (D)

19 EJEMPLO: OXIDACION DE PESTICIDAS OXIDACION DE DIURON (20 mg/l) POR REACTIVO FENTON (50ºC, 10 mg/l Fe, 100% H2O2 estequiometrica para mineralización y OXIDACION HUMEDA CATALITICA a 127ºC y 16 bar

20 EJEMPLO: OXIDACION DE CONTAMINANTES EMERGENTES OXIDACION DE NICOTINA (100 mg/l) POR REACTIVO FENTON (50ºC, 10 mg/l Fe, 100% H2O2 estequiometrica para mineralización y OXIDACION HUMEDA CATALITICA a 127ºC y 16 bar

21 MINERALIZACION REACTIVO FENTON cwo

22 TOXICIDAD REACTIVO FENTON cwo

23 Información obtenida del modelado de la detoxificación Toxicidad de la ruta de oxidación a las distintas tecnologías y condiciones. Esto permite seleccionar técnica, temperatura, ph, tipo y concentración de catalizador, etc. Cinética de la desaparición de los contaminantes originales P y de los intermedios I. Con esta información se puede diseñar el proceso y el tiempo de tratamiento requerido para eliminar el contaminante original y la toxicidad. Si es necesario se puede combinar este modelo de toxicidad con uno de desaparición de TOC o DQO, planteado también mediante una aproximación similar de lumping de especies Kinetic Modelling for Non-Biodegradable Wastewaters: an Ecotoxicity Lumping Approach Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 48 pp pp (2008). Kinetic Modeling of Toxicity Evolution during Phenol oxidation Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 47, pp (2009)

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