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X Congreso de QFB. UANL-Monterrey08-11 Abril 2008

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE TECNOLOGTECNOLOGÍÍAS DE OXIDACIAS DE OXIDACIÓÓN SOLAR AVANZADA: N SOLAR AVANZADA:

ESTADO DEL TEMA Y PROYECTOS EN MARCHA ESTADO DEL TEMA Y PROYECTOS EN MARCHA ESPAESPAÑÑOLES Y DE LA UNIOLES Y DE LA UNIÓÓN EUROPEA.N EUROPEA.

Dr. M.I. Maldonado

PLATAFORMA SOLAR DE ALMERPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍÍAA--CIEMAT. Tabernas, AlmerCIEMAT. Tabernas, Almeríía (Espaa (Españña)a)


INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

Características de tratamientos biológicos (aerobios)

Compuestos biodegradables. DQO < 500 mg/L.Bajo coste.Sensibles a compuestos tóxicos

y/o no biodegradables.



Sustancias biodegradables: Biofiltros/ fangos activados

Las sustancias no biodegradables pueden serNo-tóxicas / inertes al tratamiento

Tóxicas de manera instantánea (aguda)

Tóxicas a largo plazo (crónicas)

Tratamientos

alternativos



Nitro y halofenoles.

Residuos de la industria farmacéutica.Metales pesados.

Aguas contaminadas con cianuros.

Desinfección de agua.Disolventes (clorados, VOCs, etc).Residuos de la industria textil.Alpechín.

Plaguicidas.



Tratamientosdisponibles

IInncineracineracicióónn

CarbCarbóónn activoactivo““Air strippingAir stripping””

OzonOzonoo

BioBiottratrataammientoiento

•Alto coste•Residuos tóxicos•Alto consumo energético

Destrucciónparcial

No viableNo destructivos

Aguas residuales industriales conteniendo Aguas residuales industriales conteniendo contaminantes no biodegradables < 500 contaminantes no biodegradables < 500 mgmg/L/L



Especie Potencial de Oxidación

Flúor 2.23Radical hidroxilo 2.06Oxígeno atómico 1.78

Peróxido de Hidrógeno 1.31Radical peróxido 1.25

Permanganato 1.24Ácido hipobromoso 1.17

Cloro dióxido 1.15Ácido hipocloroso 1.10

Cloro 1.00Bromo 0.80

Iodo 0.54

Los procesos de oxidación avanzada se caracterizan por ser una fuente de radicales hidroxilo (•OH).



OHCl

ClCl

Cl

ClO

Cl

ClCl

Cl

ClO

Cl

ClO

Cl

ClO

Cl

ClCl

Cl

ClOH.

OCl

ClO

Cl

ClOH

.OH

-H2O

. OH. OH.-HCl

CO2Acidos inorgánicosAgua

OH



No fotoquímicos•O3/OH-

•O3/H2O2

•Fenton y relacionadas•Oxidación electroquímica•Radiólisis γ y con haces de electrones•Plasma no térmico•Sonólisis y descarga electrohidráulica•Oxidación en agua sub/y supercrítica•Hierro cerovalente



Fotoquímicos

•Fotólisis directa•Procesos sensibilizados por colorantes•Fotólisis UV del agua•UV/H2O2

•UV/O3

•Foto-Fenton y relacionadas•Fotocatálisis heterogénea



H2O2/Fe2+ (Fenton):

H2O2/Fe2+ (Fe3+ )/UV (Foto-Fenton):

TiO2/hν/O2 (Fotocatálisis):

O3/ H2O2:

O3/ UV:

H2O2/UV:

•−++ ++→+ OHOHFeOHFe 322

2

•++ +⎯⎯ →⎯ OHFehFe 23 ν

+− +⎯⎯ →⎯ hehTiO ν2

+•+ +→+ HOHOHh 2

−− +→+⎯⎯ →←+

22322 HOOOHOHOH −••− +→+ 3232 OHOOHO−•+• +⇔ 22 OHHO −•−• +→+ 3232 OOOO •+−• →+ 33 HOHO

23 OOHHO +→ ••223 OHOOHO +→+ ••

21

3 )( ODOhO +⎯⎯→⎯ ν222

1 )( OHOHDO ⎯→⎯+ •⎯⎯→⎯ OHhvOH 222

•⎯⎯→⎯ OHhOH 222ν

CATÁLISIS+

SOL

CATÁLISIS+

SOL



AOPs fotoquímicos



Aplicaciones de POA para tratamiento de contaminantes persistentes con radiación solar (TiO2/UV y foto-Fenton). Además su combinación con tratamientos biológicos.

Evaluación parámetros para seleccionar mejor opción de tratamiento para aguas residuales industriales específicas.


PROYECTOS EUROPEOSPROYECTOS EUROPEOS

INNOWATECH www.innowatech.org

Título: Innovative and Integrated technologies for the treatment of industrial wastewater (Nov. 2006- Oct. 2009) (FP6, contract nº: 36882).

Objetivo:Investigar, evaluar y mejorar significativamente las posibilidades de las prometedoras opciones tecnológicas (granulaciones aeróbicas, procesos de oxidación avanzada y procesos híbridos basados en tecnología de membranas) para el tratamiento de aguas residuales industriales con el objetivo específico de proveer soluciones a medida para los usuarios finales de esta tecnología para un rango amplio de aguas residuales

WP2 coordinado por PSA-CIEMAT: Coupling AOPs with Biological Treatment

EPFL Lausanne(Switzerland)

É C O L E PO L Y T E C H N I Q U EFÉ D É R A L E D E L A U SA N N E

ALBAIDA S.A.(Spain)

CNR-IRSA(Italy)

AUSTEP S.R.L(Italy)

NIVA(Norway)

Plataforma Solar de Almería-CIEMAT



SODISWATER www.resi.ie/sodis/index.htm

Title: Solar Disinfection of Drinking Water for Use in Developing Countries or in Emergency Situations (Sep. 2006- Aug. 2009) (FP6, contract nº: 031650).

Objetivo: Demostrar que la Desinfección Solar (SODIS) de agua es un método apropiado, efectivo y aceptable para prevenir enfermedades que se transmiten a través del agua en zonas sensibles de países en vías de desarrollo sin accesos fiables a agua segura potable

WP3 & WP4 (PSA-CIEMAT): Pathogen inactivation and SODIS enhancement technologies

Consorcio: Ireland (RCSI, TCD), Spain (PSA, SdC), UK (UNN, UL, UUJ), Switzerland (EAWAG, EPFL), South Africa (CSIR), Zimbabwe (IWSD), Kenya (ICROSS), The Gambia (MRC)



PHOTONANOTECHTítulo: Photozyme nanoparticle applications for water purification, textile finishing, photodynamic biomineralization and biomaterials coating (Apr. 2007- March 2010) (FP6, contract nº: 033168).

Objetivo: Desarrollar nuevas fotozimas (copolímeros hidrofílicos que contienen monómeros con grupos cromóforos) e investigar sus campos potenciales de aplicación a largo plazo como: (i) fotocatálisis solar y desinfección, (ii) agentes de autolimpieza para fibras textiles, (iii) un nuevo enfoque para el control de procesos de biomineralización (biomineralización fotodinámica) y (iv) nuevos recubrimientos biomédicos y materiales para mitigar inflamaciones



INNOVA-MED

www.cid.csic.es/innova-med/home.htm

Título: Innovative processes and practices for wastewater treatment and re-use in the Mediterranean region (2006-2009) (FP6, contract nº: 517728).

Objetivo: Explorar las sinergias de investigaciones llevadas a cabo en diferentes programas y países, facilitar la comunicación entre investigadores, instituciones regionales y nacionales, y permitir una amplia difusión y transferencia de conocimiento/tecnología/práctica en el área mediterránea.

Membrane technology (MBR, nanofiltration,

reverse osmosis) Advanced oxidation or reduction technologies

Advanced bioactive technologies (aerobic

& anaerobic)

http://www.cid.csic.es/innova-med/home.htm


PROYECTOS ESPAPROYECTOS ESPAÑÑOLESOLES

FOTOBIOXwww.psa.es/webesp/projects/fotobiox/index.htm

Título: Desarrollo de sistemas acoplados de oxidación (fotocatálisis solar y oxidación biológica) para la depuración de efluentes acuosos contaminadoscon plaguicidas no biodegradables (Ene. 2007- Dic. 2009) (CTQ2006-14743-C03-01/PPQ).Objetivo: Diseñar un sistema de tratamiento biológico específico basado en microorganismos adaptados a la naturaleza química de los contaminantes pretratados mediante fotocatálisis y diseñar y construir una planta integrada fotocatalítica-biológica.

Proyecto coordinado por PSA-CIEMAT. 3 socios:Plataforma Solar de Almería-CIEMAT DITEXPA-UPV DIQ-UAL



FITOSOLwww.psa.es/webesp/projects/fitosol/index.htm

Título: Eliminación de fitopatógenos en agua mediante fotocatálisis: aplicación a la desinfección y reutilización de soluciones nutritivas en cultivos hidropónicos recirculantes (Ene. 2007- Dic. 2009) (AGL2006-12791-AGR).

Objetivo: Eliminación de fitopatógenos en agua mediante procesos fotocatalíticos y aplicación de la desinfección solar a las soluciones nutritivas recirculantes de los cultivos hidropónicos para su reuso.

Proyecto coordinadp por PSA-CIEMAT. 2 socios:Plataforma Solar de Almería-CIEMAT

UAL



TRAGUAwww.consolider-tragua.com

Title: Tratamiento y reutilización de aguas residuales para una gestiónsostenible (Ene. 2007- Dic. 2009) (Consolider-Ingenio 2010. Código de proyecto CSD2006-00044). 24 grupos de investigación.

Objetivo: Conseguir el reuso de las aguas residuales provenientes de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs)

http://www.consolider-tragua.com/


Pretratamiento de Pretratamiento de AguasAguas ResidualesResiduales IndustrialesIndustrialesMedianteMediante FotoFoto--Fenton Solar a Fenton Solar a EscalaEscala IndustrialIndustrialAcopladoAcoplado a Biotratamiento con a Biotratamiento con FangosFangos ActivosActivos

InmovilizadosInmovilizados

Dr. M.I. Maldonado

PLATAFORMA SOLAR DE ALMERPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍÍAA--CIEMAT. Tabernas, AlmerCIEMAT. Tabernas, Almeríía (Espaa (Españña)a)


PERSPECTIVA GENERALPERSPECTIVA GENERAL

Fotones

Solares

Fotones

Solares

•OHO3

•OHPhoto Fenton

TiO2

Compuestos no-tóxicos y

biodegradables

Bio-tratamiento

Reuso

Agua

Toxicas y/o no-biodegradables

Conteniendo “PS”<500 mg/L (WF directive)Aguas Residuales Industriales (IPPC directive)


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN (I)N (I)

Instalada en DSM-DERETIL

Villaricos (ALMERIA)


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN (II)N (II)

700 L Reactor Biomasa Inmovilizada (IBR)

3000 L Volumen Total Caud. Recirculación 1.2 m3·h-1

Caudal Continuo 40-80 L·h-1

1000+400 L Columna contacto, 5 – 10 h de contactoCaudal contínuo 140 – 280 L·h-1

1260 L Volumen iluminado4000 L Volumen Total

Recirc. Caudal 11 m3·h-1


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN (III)N (III)


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN. EXPERIMENTACIN. EXPERIMENTACIÓÓN (I)N (I)

La temperatura del agua incrementó (21º a 37º) al mismo tiempo que la radiación UV.

Formación de espuma que retenía el MPG (redisuelto a lo largo del experimento).Tiempo de iluminación más corto que en la planta piloto para la desaparición de MPG (relación

Vi/VT más baja en la planta de demostración).

TOC final previsto ∼ 50% del inicial → buena biodegradabilidad (fase investigación)

COOH

NH2

MPGModelo Compuesto no-biodegradable

MPG, Fe= 20 mg/LTOCH2O2,CONS, mMT, ºCUV, W m-2

MPG, Fe= 20 mg/LTOCH2O2,CONS, mMT, ºCUV, W m-2

ENSAYO Nº5

0

20

40

25

30

35

40

0

10

20

30

12 14 16 18 20

0 50 100 1500

100

200

300

400

500

600

Local time, h

t30W

, min

C, m

g/L

MPG, Fe0 = 20 mg/L

TOC

Vi = 1260 L

VT

= 3700 L

H2O

2,CONS, mM

H2O

2,C

ON

S, mM

T, º

C

UV

, W m

-2


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN. EXPERIMENTACIN. EXPERIMENTACIÓÓN (II)N (II)Recopilación experimentos foto-Fenton


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN. EXPERIMENTACIN. EXPERIMENTACIÓÓN (III)N (III)

Acople foto-Fenton/biotratamiento en modo contínuo

Problemas con las bombas

Durante la mayoría de la operación en contínuo, 200 g/m3día de carga orgánica.

75 días de operación en contínuo → muestranestabilidad y actividadpermanente de la biomasainmovilizada con un influentepretratado con foto-Fenton.

Cambio de 960 L/díaa 1920 L/día

Máx. Veloc. de minerali.: 700 g COT/m3 IBR día

En planta piloto: 170 g COT/m3 IBR díaFactor de 4 entre ambos sistemas

Un menor grado de degradación mediante foto-Fenton genera un influente con mayor concentraciónen compuestos menos biodegradables.


PLANTA DE DEMOSTRACIPLANTA DE DEMOSTRACIÓÓN. EXPERIMENTACIN. EXPERIMENTACIÓÓN (IV)N (IV)

Proceso de nitrificación durante operación continua IBR

Aireación cambiada a modo contínuo.Aireación controlada (4-6 mg O2/L) → Nitrificación incompleta.

1

Incremento en la carga de COT entrada → Nitrificación afectada.2

Nitrificación a su límite de capacidad, detectados nitritos (∼ 40 mg/L).3

1 2 3


ANANÁÁLISIS TECNOLISIS TECNO--ECONECONÓÓMICO (I) MICO (I)

Evaluación económica llevada a cabo considerando:

1. Sistema acoplado tratamiento Foto-Fenton/Biológico.

2. Tratamiento de ozonización.3. Estimaciones de escalado de la planta (por un factor de 10 y 100).

Costos de operación y capital inmovilizado calculado para 10 años de amortización. Capacidad estimada de la planta: 6.3 m3 de influente MPG/dia, 2300 m3 por año aprox. 575 batchs (4 m3 efluente tratado por batch).

Los costes han sido estimados de acuerdo a:

Sistema Foto-Fenton/Biológico: Gastos reactivos, consumo eléctrico, mano de obra y capital invertido.

Sistema de ozonización: parámetros de diseño de los ensayos p. p.: 70% de transf. de O3, dosis 2400 mg O3/L, concentración O3 en gas de 10% p/p y tiempo de ozonización superior a 10 h.


ANANÁÁLISIS TECNOLISIS TECNO--ECONECONÓÓMICO (II). ESCALADO. MICO (II). ESCALADO.

Costes totales por m3 de efluente tratado a diferentes escalas y costeporcentual correspondiente a reactivos, consumo eléctrico, mano de obra y capital inmovilizado.

La principal contribución a los costes totales corresponde a la mano de obra (58.7%).

Con el escalado de la planta decrece la mano de obra y la principal contribución a loscostes cambia a los reactivos.


ANANÁÁLISIS TECNOLISIS TECNO--ECONECONÓÓMICO (III). OZONIZACIMICO (III). OZONIZACIÓÓN. N.

Costes totales por m3 de efluente tratado a diferentes escalas.

Un incremento en la transferencia de ozono para evitar el 30% de las pérdidas de ozonoreduciría los costes del tratamiento.


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Se encontró una amplia variabilidad en el proceso dependiendo de la concentración inicial de fosfato, cantidad de catalizador de hierro disuelto y condiciones de radiación.

La biomasa permaneció activa más de dos meses en operación contínua. La salida mínima de COT 50-60 mg/L. Mineraliz. máx. aprox. 700 g COT/m3 IBR día.

Saturación de oxígeno disuelto necesaria para completa nitrificación.Eficiencia global del tratamiento combinado 85-95%. 50-60% foto-Fenton y

20-30% en biotratamiento.

El coste por m3 de efluente con MPG tratado por el sistema combinado (f-Fenton/Bio) es 29.1 € (sistema biológico escalado por factor de 3). Este coste se reduce hasta 10.4 y 7.2 €/m3 en el escalado de la planta.

El coste por m3 de efluente con MPG tratado mediante ozonización es 26.2 €(parámetros de diseño de los resultados de p.p.). Este coste se reduce a 8.7 y 6.2 €/m3 en el escalado de la planta.


MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN

www.psa.es

[email protected]

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