Synthesis and optimization of a selective treatment network of wastewater streams contaminated with paracetamol

• Lopez-Yañez, Adrian ^[1] ; Hidalgo-Muñoz, Mónica Guadalupe ^[2] ; González-Bravo, Humberto Eduardo ^[3] ; Fernández-Ruiz, Victor Manuel ^[4] ; Vaca-Hernández, Miguel Ángel ^[1] ; Ramírez-Muñoz, Jorge ^[3]
  1. [1] División de Ingeniería Química y Bioquímica, TecNM/Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, Av. Tecnológico S/N, Ecatepec 55210, Mexico.
  2. [2] Departamento de IPH, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Leyes de Reforma 1ra Secc, Iztapalapa, 09340, CDMX, México.
  3. [3] Departamento de Energía, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, 02200, CDMX, México.
  4. [4] Hospital Ángeles Metropolitano. Tlacotalpan 59 100, Col. Roma, Cuauhtémoc, 06760, CDMX, México.

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• Localización: Renewable Energy, Biomass & Sustainability, ISSN-e 2683-2658, Vol. 5, Nº. 1, 2023, págs. 10-21
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Síntesis y optimización de una red de tratamiento selectivo de corrientes de aguas residuales contaminadas con paracetamol
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    En este trabajo se aborda la síntesis y optimización de un sistema de tratamiento selectivo de aguas residuales contaminadas mediante los procesos de oxidación Fenton y sono-Fenton. El problema investigado puede ser útil para el tratamiento selectivo de efluentes hospitalarios contaminados con trazas de algún fármaco, y se utiliza como caso de estudio la eliminación de paracetamol. Se propone un modelo de programación no lineal (PNL) que utiliza una única unidad de tratamiento con un volumen definido para la eliminación de paracetamol mediante el uso de cinéticas de degradación reportadas para cada proceso de oxidación avanzada evaluado. Se considera que el coste del sistema de tratamiento es directamente proporcional al caudal tratado. El uso del modelo propuesto se ilustra con la solución de un caso práctico que muestra su versatilidad para conseguir sistemas de tratamiento óptimos. Los resultados muestran que, para el mismo conjunto de efluentes a tratar, el proceso sono-Fenton presenta una mejor eficiencia de eliminación de paracetamol, es decir, requiere menos caudal a través de la unidad de tratamiento. A medida que se demandan mayores concentraciones de paracetamol en el vertido, menor es también el caudal de efluente contaminante que se envía a la unidad de tratamiento. Por el contrario, a medida que se requieren concentraciones más bajas de paracetamol en el vertido, se observa un efecto contrario. Por último, se analiza la proporción de eliminación de paracetamol en el proceso global y en la unidad de tratamiento en función del límite de paracetamol en el efluente.

  • English

    The synthesis and optimization of a selective treatment system for contaminated wastewater using Fenton and sono-Fenton oxidation processes is addressed in this work. The problem investigated can be useful for the selective treatment of hospital effluents contaminated with traces of some drug, and the removal of paracetamol is used as a study case. A nonlinear programming model (NLP) that uses a single treatment unit with a defined volume is proposed for the removal of paracetamol by using reported degradation kinetics for each advanced oxidation process evaluated. The cost of the treatment system is considered to be directly proportional to the treated flow. The use of the proposed model is illustrated with the solution of a case study that shows its versatility to achieve optimal treatment systems. Results show that, for the same set of effluents to be treated, the sono-Fenton process exhibits a better paracetamol remotion efficiency, i.e., requires less flow through the treatment unit. As higher concentrations of paracetamol are demanded in the discharge, the lesser is the flow of contaminant effluent that is sent to the treatment unit as well. Whilst, as lower concentrations of paracetamol are demanded in the discharge, an opposing effect is observed. Finally, a discussion of the removal ratio of paracetamol in the overall process and in the treatment unit as a function of the discharged limit of paracetamol in the effluent is addressed.