depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar. feria de...

Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.

FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.

DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES

CONTENIENDO PLAGUICIDAS MEDIANTE CONTENIENDO PLAGUICIDAS MEDIANTE

FOTOCATÁLISIS SOLAR.FOTOCATÁLISIS SOLAR.

Dr. Sixto MalatoDr. Sixto MalatoPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍAPLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍ[email protected]

FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004



PLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA



1. Introducción

2. Colectores Solares para Fotocatálisis

ÍNDICEÍNDICE

3. Tratamiento de Plaguicidas



Características de tratamientos biológicos (aerobios)

Compuestos biodegradables.

DQO < 500 mg/L.

Bajo coste.

Sensibles a compuestos tóxicos y/o no biodegradables.

1. INTRODUCCIÓN



Residuos de la industria farmacéutica.

Metales pesados.

Nitro y halofenoles.

Desinfección de agua. Disolventes (clorados, VOCs,

etc). Residuos de la industria

textil. Alpechín.

Aguas contaminadas con cianuros.

Plaguicidas.Plaguicidas.

1. INTRODUCCIÓN



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).

1. INTRODUCCIÓN



OHCl

ClCl

Cl

ClO

Cl

ClCl

Cl

ClO

Cl

ClO

Cl

ClO

Cl

ClCl

Cl

ClOH.

OCl

ClO

Cl

Cl

OH.

OH

-H2O

. OH. OH.-HCl

CO2

Acidos inorgánicosAgua

OH

1. INTRODUCCIÓN



H2O2/Fe2+ (Fenton):

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

TiO2/h/O2 (Fotocatálisis):

O3/ H2O2:

O3/ UV:

H2O2/UV:

OHOHFeOHFe 322

2

OHFehFe23

hehTiO 2

HOHOHh 2

22322 HOOOHOHOH 3232 OHOOHO

22 OHHO 3232 OOOO 33 HOHO

23 OOHHO 223 OHOOHO

21

3 )( ODOhO 222

1 )( OHOHDO OHhvOH 222

OHhOH 222

CATÁLISIS+

SOL

CATÁLISIS+

SOL

1. INTRODUCCIÓN



Planta piloto de fotocatálisis solar

Bomba

OxidanteCatalizador

Agua contaminada

Agua tratada

Ajuste de pH +

Recuperación

catalizador

Filtración + Ajuste

de pH

Colectores Solares

Aire

2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS



Sandia National Labs (Albuquerque, USA) desarrolló en 1989 la primera instalación para destoxificación de agua a escala pre-industrial, basada en Cilindroparabólicos de 1 eje.

Esta fue la Esta fue la primera etapa primera etapa en el desarrollo en el desarrollo de la de la tecnología tecnología heliofotocatalítheliofotocatalíticaica




CIEMATCIEMAT, en 1990, construyó la segunda en la Plataforma Solar de Almería (España), usando cilindroparabólicos de 2 ejes. 12 Colectores HELIOMAN con un area de 384 m2.

Se utilizaron continuamente durante los 90s por multitud de grupos europeos (con financiación de la UE). Se convirtió en una fuente continua de ideas para el proceso y la tecnología.




cpc

Nuestra elección:

COLECTORES PARABÓLICOS COMPUESTOS

Flujo turbulentoNo vaporización Sin seguimiento solarNo sobrecalentamientoRadiación difusa y directaBajo costeAlta eficiencia ópticaAlta eficiencia cuántica




COORDINADOR

SOLARDETOX

IVth FP-UE

ECOSYSTEM (Spain)

ENEL (Italy)

UNITO (Italy)

AOSOL (Portugal)

CIEMAT (Spain)

DLR (Germany)

HIDROCEN (Spain)

Desarrollo de colectores solares

Fundamentos de fotocatálisis (pioneros) y Química Analítica.Desarrollo y fabricación de vidrio.

Diseño e Ingeniería de plantas de tratamiento

Desarrollo de sistemas solares

Desarrollo y fabricación de TiO2

Usuario final.

SCHOTT (Germany)

Proyecto Proyecto SolarDetoSolarDetox (1997-x (1997-

2000)2000)




Se diseñó un CPC modular para optimizar el proceso de fabricación y montaje. Se minimizaron las conexiones, zonas no iluminadas y costes.

• Operación simple• Poco mantenimiento• Aprovechamiento de UV

difusa.

Ventajas adicionales:Ventajas adicionales:




16 tubos de vidrio paralelos y horizontales.

Materiales: PP, HDPE, PVC, PVC-C. Flujo turbulento (Re = 15000). Distribuidor (“Manifold) de flujo en paralelo. Depósitos: fibra de vidrio reforzada con poliéster.




Sistema automático de control. Un PLC recibe las principales señales (caudal, nivel en tanques, T, UV-A, etc) y controla todas las válvulas.

El proceso se controla mediante la integración en el tiempo de la UV-A.




Superficie de colectores: 100 m100 m22..

Capacidad de tratamiento: 800 L800 L.

Operación automática “por cargas”.

Coste: 100000 100000 €€

Planta instalada en 1999 en Arganda del Rey (Madrid). Principales características:




CPCs (m2) 100 200 300 500 1,000 10,000

Control, Pumps and Instrumentation 20.221 23.228 25.190 27.900 32.048 50.793

Connections 14.647 22.201 28.315 38.471 58.311 232.139

Catalyst Separation 2.314 3.507 4.473 6.078 9.212 36.673

CPCs + glass tubes 21.220 42.440 63.660 106.100 168.556 1.338.891

Supports and mounting 6.025 12.050 18.075 30.125 60.250 602.500

Transport 601 911 1.162 1.579 2.393 9.525

TOTAL COSTS 65.028 104.337 140.875 210.251 330.770 2.270.522

Cost per m2 (€ / m2) 650 522 470 420 331 227




1. USO DE PLAGUICIDASEN PRÁCTICAS AGRÍCOLAS

2. RESIDUOS VEGETALES

4. VERTIDOS PROCEDENTES DE INDUSTRIAS AGRARIAS

3. AGUAS DE LAVADO DEEQUIPOS DE TRATAMIENTO

5. VERTIDO INCONTROLADO DEENVASES DE PLAGUICIDAS

3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS



La agricultura intensiva es una actividad muy importante para Almería (2000 MEuro). Hay más de 35.000 Ha de invernaderos. Los problemas medioambientales asociados a él son diversos. Uno de estos problemas es el derivado de la utilización de productos fitosanitarios.

Recogida Selectiva

Transporte a la planta de reciclado

Lavado del plástico

Agua contaminada

con cientos de mg/L de

plaguicidas

5,200 Tm fitosanitarios =2 millones de

envases (plástico)




COT inicial y final

Uso de oxidantes

S2O82- y H2O2

Experimentos con:Formulaciones

comercialesMaterias activasMezclas de 10

formulaciones (10 % de COT).

MODELO

Fuerza iónica(aniones comunes)

Reuso del agua de lavado

Agua destilada

y agua bruta

Reuso del

catalizador

CNOC

H

O

C

H

CH3

CH3

H

OCC

(CF3)2CHOC

H H

O

OO

O

H

H

OCH3

H

H

CH3

OOH

H

H

OCH3

H

H

CH3

O OH

HCH3

CH3

H

O

H

CH3

OO H

HCH3

OHH

H

H

OH

R

Cl

Cl

ClCl

O

O

Cl

ClSO

N

CH3NHCO2

CHN(CH3)2

N

Cl CH2 N N

N

H

NO2

NHCONHCO

Cl

Cl

CF3CHFCF2

F

FP

NH2CH3O

SCH3

O

(CH3)2NCOC NOCONHCH3

SCH3

N

H

N

N

CH3

CH3

(CH3)2NCH2CH2CH2NHCO2CH2CH2CH3

Acrinatrin

Pirimetanil

Imidacloprid

Formetanato

AvermectineB1

Lufenuron

EndosulfanOxamilo

Metamidofos

Propamocarb

CNOC

H

O

C

H

CH3

CH3

H

OCC

(CF3)2CHOC

H H

O

OO

O

H

H

OCH3

H

H

CH3

OOH

H

H

OCH3

H

H

CH3

O OH

HCH3

CH3

H

O

H

CH3

OO H

HCH3

OHH

H

H

OH

R

Cl

Cl

ClCl

O

O

Cl

ClSO

N

CH3NHCO2

CHN(CH3)2

N

Cl CH2 N N

N

H

NO2

NHCONHCO

Cl

Cl

CF3CHFCF2

F

FP

NH2CH3O

SCH3

O

(CH3)2NCOC NOCONHCH3

SCH3

N

H

N

N

CH3

CH3

(CH3)2NCH2CH2CH2NHCO2CH2CH2CH3

Acrinatrin

Pirimetanil

Imidacloprid

Formetanato

AvermectineB1

Lufenuron

EndosulfanOxamilo

Metamidofos

Propamocarb

Se eligieron formulaciones muy utilizadas en los invernaderos y con materias activas muy diferentes




Capacidad de tratamiento

anual2.6 kg m-2 año-1

Estudio de la radiación solar (UV)

1.5 millones de envases por año.

1 g/botella (1500 kg de pesticidas) o 0.1 g si la el envase se enjuaga una vez (150 kg).

Reducción del 90% del COT mediante fotocatálisis.

Reuso del agua.

La planta de tratamiento tendrá 150 m2.

PLA

NT

A D

E

RECIC

LAD

O D

E

PLÁ

ST

ICO

TOC>100

TOC<10

FOTOCATÁLISIS SOLAR

PLA

NT

A D

E

RECIC

LAD

O D

E

PLÁ

ST

ICO

TOC>100

TOC<10


PLA

NT

A D

E

RECIC

LAD

O D

E

PLÁ

ST

ICO

TOC>100

TOC<10


PLA

NT

A D

E

RECIC

LAD

O D

E

PLÁ

ST

ICO

TOC>100

TOC<10





0 50 100 150 200 2500

20

40

60

80

100

120 Fecundal-s-7.5, Imizalil sulphate 7.5 %

t, min

TO

C, m

g/L

1

1

1

1

Fecundal = 4 L. (50 g/L of TOC, 60% from Imazalil)Fe (II) = 1 mM (pH 3)(1)4 x 2.5 L H

2O

2 (30% p/v)

VTOTAL

= 1300 L

Villum

= 1000 L

ACPC

= 150 m2


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