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II. ACTIVIDADES CIENTÍFICO-TECNOLÓGICAS
T2 Grupo de Ingeniería Química y Ambiental
FERNANDO MARTINEZ CASTILLEJO
PROFESOR TITULAR DE INGENIERÍA QUÍMICA
Proyecto TRAGUA - Grupo T2 Actividades Científico-Tecnológicas. Reunión del 17-19 de Junio de 2009
Participantes y Líneas de Investigación
Investigadores
• Rafael van Grieken Salvador • José Aguado Alonso • Juan Antonio Melero Hernández • María José López Muñoz • Jesús Arsuaga Ferreras • Fernando Martínez Castillejo • Javier Marugán Aguado • Raúl Molina Gil • Yolanda Segura Urraca • Amaya Arencibia Villagra • Arcadio Sotto Díaz • Isabel Pariente Castilla • Cristina Pablos Carro • Raquel Pascual Juez • Gema Carenas Breña
Tecnologías de tratamiento
Tecnologías de oxidación avanzada (AOP´s) • FotoFenton heterogéneo (Fe2O3-SBA-15/H2O2) • Fotocatálisis (TiO2) • SonoFenton heterogéneo
Operaciones de separación • Adsorción • Tecnología de membranas
Acoplamientos de tecnologías • Membranas + AOP´s
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Tareas 2008-09
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Sumario de la Presentación
OBJETIVOS
Grupo de Ingeniería Química de la Universidad Complutense de Madrid (T5)
Grupo de Ingeniería Química de la Universidad de Extremadura (T6)
Grupo de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla la Mancha (T7)
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Caracterización EDAR Alcalá de Henares (Madrid) Parámetros Físico-Químicos
Parámetro Concentración (g·L-1) Sólidos totales 0,508
Sólidos totales disueltos 0,529
Sólidos totales en suspensión 0,003 (0,035) g·L-1
Sólidos totales fijos 0,331
Sólidos en suspensión fijos 0,000
Sólidos disueltos fijos 0,367
Carbono Total 38 mg C·L-1
Carbono Inorgánico Total 25 mg C·L-1
Carbono Orgánico Total 12 mg C·L-1
DQO 19 (125) mg O2·L-1
DBO5 6,5 (25) mg O2·L-1
pH 7,0 Conductividad 779,6 µg S·cm
Cloruros (Cl-) 245 mg·L-1
Nitratos (NO3-) 117 mg·L-1
Nitrógeno amoniacal (NH4+) 1,1 mg·L-1
Parámetro Método estándar utilizado
Sólidos totales Standard Methods for the examination of water and wastewater. 2540 B. Secado a 103-105ºC.
Sólidos fijos y volátiles Standard Methods for the examination of water and waster waster. 2540E. Secado a 550ºC.
Sólidos sedimentables Standard Methods for the examination of water and wastewater. 2549
Sólidos totales en suspensión Standard Methods for the examination of water and wastewater. 2540 D.
Sólidos totales disueltos Standard Methods for the examination of water and wastewater. 2540 O.
Carbono Orgánico Total (COT), Carbono Total (CT) y Carbono Inorgánico (CI)
Standard Methods 5310 C/D
Demanda química de oxígeno (DQO) Standard Methods 5220 D
Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) Standard Methods 5210 B
pH, conductividad, cloruros, nitratos y nitrógeno amoniacal Electrodos selectivos de iones
Tarea 8 y 9
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Caracterización EDAR Alcalá de Henares (Madrid) Parámetros Biológicos y Toxicidad
Coliformes Totales. Filtración por membrana UNE EN ISO 9308-1:2000
Dilución UFC medidas UFC/100 mL 1 : 1000 no cuantificable - 1 : 10000 15 ± 3 1.5 ± 0.3 · 105
Microorganismos aerobios cultivables. Conteo en placa
UNE EN ISO 6222-1999 Dilución Incubación UFC medidas UFC/100 mL 1 : 10 22ºC 68h no cuantificable - 1 : 100 * 22ºC 68h 23 ± 4 2.3 · ± 0,4 105
Enterococos. Filtración por membrana UNE EN ISO 7899-2:2001
Dilución Incubación UFC medidas UFC/100 mL 1 : 1 22ºC 68h no cuantificable - 1 : 100 36ºC 44 h 58 5.8 · 102
Microorganismos heterotróficos. Standard Methods
Dilución Incubación UFC medidas UFC/100 mL 1 : 100 35ºC 48h no cuantificable - 1 : 1000 35ºC 48 h 140 1.4 · 105
Ecotoxicidad Vibrio fischeri
UNE EN ISO 11348-1:1998
Tarea 8 y 9
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Efluente EDAR de Alcalá de Henares
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Efluente EDAR de Móstoles y Alcalá de Henares Aplicación de AOPs y OS de Adsorción y Membranas
Sono-Fenton T=22 ºC Frecuencia: 20kHz. Potencia 95 W Catalizador Fe2O3/SBA-15: 0,6 gL-1
[H2O2]0=0.135 gL-1
6 horas
Foto-Fenton T=22 ºC (Tfinal =30 ºC) Radiación: UV-Vis (λ>313 nm) Catalizador Fe2O3/SBA-15: 0,6 gL-1
[H2O2]0=0.135 gL-1 6 horas
Fotocatálisis T=25 ºC Radiación UV-Vis Aireación continua (80 mL•min-1) Catalizador Degussa P25: 1 gL-1 6 horas
Técnicas de oxidación avanzada
Tarea 17
Fe2O3/SBA-15 SBET = 500 m2/g [Fe] = 16 % p/p
SONICADOR 3000 MISONIX
Lámpara de inmersión HERAEUS TQ-150 W
Lámpara de inmersión HERAEUS TQ-150 W
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Tarea 17 Efluente EDAR de Móstoles y Alcalá de Henares Aplicación de AOPs y OS de Adsorción y Membranas
NF 270 NF90
Fabricante Dow/Filmtec Dow/Filmtec
Tipo NF NF
Material Poliamida poliamida
MWCO 300 200
Rechazo NaCl (%) 70 70-80
Rango de pH 3-10 4-11
Carga (pH 7) Negativa Negativa
Adsorción Temperatura: 25ºC Concentración adsorbente: 1 g L-1 Tipo de adsorbente SBA-15-SH (tiol): 3,7 mmol S/g SBA-15-NN (amino): 4.0 mmol N/g pH = 7 6 h
Si-R
SH
NH
NH2
Módulo OSMONICS NF/OI
(flujo transversal)
Tanque agitado discontinuo
Membranas
Temperatura: 25ºC Rango de presión: 4-16
Membranas de NF: NF270 y NF 90 pH = 7
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Resultados de AOPs - Efluente EDAR de Alcalá de Henares Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados Tarea 17
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AGUA MATRIZ EFLUENTE EDAR DE ALCALÁ DE HENARES
AGUA MATRIZ AGUA MILIQ
FOTOCATÁLISIS FOTO-FENTON SONO-FENTON FOTOCATÁLISIS FOTO-FENTON SONO-FENTON
46,2 43,5 35,4 85,7 78,8 51,2
∼ 100 ∼ 100 74,2 98,9 ∼ 100 75,5
97,1 97,1 91,4 96,7 98,7 88,7
∼100 ∼ 100 80,3 ∼ 100 ∼ 100 75,5
∼ 100 99,9 85,6 ∼ 100 ∼ 100 86,1
99,7 77,5 16,5 99,0 99,6 32,8
99,8 89,4 79,9 ∼ 100 96,3 35,4
Influencia del agua matriz
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Resultados de AOPs - Efluente EDAR de Alcalá de Henares Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados Tarea 17
Degradación de fármacos con el tiempo para las técnicas de oxidación avanzada
AGUA MATRIZ EFLUENTE EDAR DE ALCALÁ DE HENARES
R,
H A
N
S D
R
H
N
A S
D R
A
N
S,
D H
Resultados de AOPs - Efluente EDAR de Móstoles Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados Tarea 18
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[H2O2]O= 50 mg/L
[H2O2]O= 450 mg/L
C H
R
N
S D
G
A C H
R
N
S
D
G A
Resultados de Adsorción - Efluente EDAR de Alcalá de Henares Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados
Propiltiol Etilendiamino
- As, Ba, Cd, Cr, Co, Cu Pb, Ni y Se < LD - Al (6 ppb), K (1 ppm), Mo (20 ppb) y Sr (0.65 ppm) no varían su concentración con el tiempo
Análisis de metales – Datos después de 4 horas de experimento
Análisis de fármacos – Datos después de 4 h de experimento
Tarea 17
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Resultados de Membranas - Efluente EDAR de Alcalá de Henares Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados
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Tarea 17
Esquema de operación de membranas
para determinación de tasas de rechazo
• Tarea 19: Acoplamientos de tecnologías de tratamiento
Agua ultrapura miliQ reforzada con los fármacos seleccionados (10 mg/L)
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Resultados del Acoplamiento Membranas/AOPs Ensayos con agua miliQ Reforzada con 10 mg/L de fármacos Tarea 19
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Esquema de procesos integrados de
Membranas [1] - Oxidación Avanzada [2] – Adsorción [3]
[1]
[2]
[3]
Fase de concentración de los fármacos en operación
de Membrana [1]
25 ºC
PERMEADO
RECHAZO
ALIMENTACIÓN Bomba Válvula de seguridad
Tanque de concentrado Criostato
Módulo de membrana
Resultados del Acoplamiento Membranas/AOPs Ensayos con agua miliQ Reforzada con 10 mg/L de fármacos Tarea 19
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Resultados del Acoplamiento Membranas/AOPs Ensayos con agua miliQ Reforzada con 10 mg/L de fármacos Tarea 19
Fase de oxidación del concentrado de membranas mediante
Fotocatalisis y Foto-Fenton
FOTOCATÁLISIS
R
R
S
S
H
H
A
A
N
N
D
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Conc. inicial (mg/L)
Conversión (%)
Conc. inicial (mg/L)
Conversión (%)
-- -- 156.4 22.0
19.6 81.8 45.3 86.8
24.9 91.6 46.0 >97.2
12.3 94.1 31.1 >97.8
20.7 >97.1 29.6 >98
6.6 94.7 -- --
16.2 11.7 25.7 75.8
FOTO-FENTON
Conclusiones Tecnologías de oxidación avanzada • FotoFenton heterogéneo (Fe2O3-SBA-15/H2O2) • Fotocatálisis (TiO2) Han demostrado ser efectivas en la degradación de los contaminantes emergentes estudiados. Objetivo pendiente Optimizar condiciones de operación para mejorar su eficacia
Operaciones de separación • Adsorción – Adsorbentes mesoporosos funcionalizados con grupos amino. Capacidades de adsorción para los compuestos estudiados por encima de 1.5 mg/g • Tecnología de membranas: Nanofiltración - Tasas de rechazo por encima del 85%
Acoplamientos de tecnologías • Membranas + AOP´s (fotoFenton o fotocatalisis) Prometedores resultados para la integración de ambos procesos Objetivo pendiente - Alcanzar estándares de calidad en la corriente filtrada Opción de emplear adsorción para mejorar la calidad del agua final de membranas
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