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
compuestos orgánicos no biodegradables en aguas oxidación Oxidación avanzada Oxidación Húmeda (catalítica) Intermedios orgánicos oxidación Intermedios Finales + CO 2
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
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)
Ruta oxidación fenol por R.Fenton (Zazo y col. 2005)
DISMINUCION DQO (o COT) ELIMINACION COMPUESTOS TOXICOS CONTAMINANTE ORIGINAL e INTERMEDIOS TOXICOS INTEGRACION TRATAMIENTO BIOLOGICO
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 8639 8644 (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)
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:
TOXICIDAD
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
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 8639-8644 (2009)
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 0.95 2.68 10 6 Ea 1 3470 Ea 2 9450 (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 ) 6.5 10-5 k 2 (L g AC -1 min -1 ) - (P)/ (I) <0.01 (P)/ (D) <0.01
Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter Estimated value k 1,0 (L g Cat -1 min -1 ) 6.655 10-3 k 2,0 (L g Cat -1 min -1 ) --- Ea 1 1993.5 Ea 2 -- (P)/ (I) < 0.01 (P)/ (D) < 0.01
Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol Parameter Estimated value k 1 (min -1 ) 0.0053 k 2 (min -1 ) 0.151 (P)/ (I) 9.5 (P)/ (D) >0.01
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
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) 0.074 2.03 8.71 k 2 (1/min) 0.042 1.33 2.71 (P)/ (I) 17.5 14.9 14.2 (P)/ (D) 1.98 1.77 1.14
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
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
MINERALIZACION REACTIVO FENTON cwo
TOXICIDAD REACTIVO FENTON cwo
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 8639 8644 (2008). Kinetic Modeling of Toxicity Evolution during Phenol oxidation Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 47, pp 8639-8644 (2009)