grupo t5: oxidacion de contaminantes … · el tratamiento del agua residual ¿ > 1 ?...
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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
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compuestos orgánicos no biodegradables en aguas
oxidación
Intermedios orgánicos
Intermedios Finales + CO2
oxidación
Oxidación avanzada
Oxidación Húmeda (catalítica)
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Ejemplo: EVOLUCION TOXICIDAD EN LA ELIMINACION DE COLORANTES POR REACTIVO FENTON
dosis estequiométricas de H2O2 [Fe2+]=10 mg/L 100 mg/L colorante
EJEMPLO: RUTA OXIDACION BRILLIANT GREEN
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pH ACIDO
Compuesto EC50 (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
Toxicidad de los Intermedios de Oxidación Detectados
• CICLICOS
• Hidroquinona (HQ)
• Catecol (CTL)
• p-benzoquinona (BQ)
ACIDOS CADENA CORTA
• Maleico (MAL)
• Fumárico (FUM)
• Malónico (MLO)
• Acético (ACE)
• Oxálico (OXA)
• Fórmico (FOR)
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Ruta oxidación fenol por R.Fenton
(Zazo y col. 2005)
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• DISMINUCION DQO (o COT)
• ELIMINACION COMPUESTOS TOXICOS
CONTAMINANTE ORIGINAL e INTERMEDIOS TOXICOS INTEGRACION
TRATAMIENTO BIOLOGICO
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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)
MINERALIZACION A: compuestos orgánicos oxidables (mg C/L) B: compuestos orgánicos refractarios (mg C/L) TOC: Carbono orgánico Total (mg C/L)
(Kinetic Modelling for Non-Biodegradable Wastewaters: an Ecotoxicity Lumping Approach Santos y col. Ind. Eng. Chem. Res. Vol 48 pp pp 8639–8644 (2008)
x=0,3
Oxidación de fenol
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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
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TOXICIDAD
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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
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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)
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Modelo Simplificado de la Evolucion de la Toxicidad durante el Tratamiento del Agua Residual
Parameter Estimated value
k1,0 (L·gAC
-1·min-1) 0.95
k2,0 (L·gAC
-1·min-1) 2.68·106
Ea1 3470 Ea2 9450
EC50(P)/EC50(I) 75 EC50(P)/EC50(D) <0.01
Parameter Estimated value
k1 (L·gAC-1·min-1) 6.5·10-5
k2 (L·gAC-1·min-1) -
EC50(P)/EC50(I) <0.01 EC50(P)/EC50(D) <0.01
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.
pH acido
pH basico
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Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol
Parameter Estimated value k1,0 (L·gCat
-1·min-1) 6.655 10-3 k2,0 (L·gCat
-1·min-1) --- Ea1 1993.5 Ea2 --
EC50(P)/EC50(I) < 0.01 EC50(P)/EC50(D) < 0.01
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Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol
Parameter Estimated value
k1 (min-1) 0.0053 k2 (min-1) 0.151
EC50(P)/EC50(I) 9.5 EC50(P)/EC50(D)
>0.01
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Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol
Parameter Estimated value k1 (min-1) 0.09
k2 (min-1) 0.21 EC50(P)/EC50(I) < 0.01
EC50(P)/EC50(D) 0.359
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Analisis de los datos de bibliografia en la oxidacion de fenol
Parameter [Fe]=1 mg/L [Fe]=5 mg/L [Fe]=10 mg/L
k1 (1/min) 0.074 2.03 8.71
k2 (1/min) 0.042 1.33 2.71
EC50(P)/EC50(I) 17.5 14.9 14.2
EC50(P)/EC50(D) 1.98 1.77 1.14
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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 PESTICIDAS
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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
EJEMPLO: OXIDACION DE CONTAMINANTES EMERGENTES
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MINERALIZACION
REACTIVO FENTON
cwo
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TOXICIDAD
REACTIVO FENTON
cwo
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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)
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