Tratamiento de aguas mediante oxidación avanzada (O3/H2O2). Modelo del proceso
- Autores: M. Pilar Ferreiro Bayo
- Directores de la Tesis: Antonio Rodríguez Fernández-Alba (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2001
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan José Rodríguez Jiménez (presid.), Eloy García Calvo (secret.), José Luis Collar Urquijo (voc.), Amadeo Rodríguez Fernández-Alba (voc.), Pedro Letón García (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Los tratamientos de aguas, basados en procesos de oxidación avanzada (POA), tienen como objetivo la eliminación de la materia orgánica contaminante.
Los POA que utilizan el sistema O3/H2O2 son los de más amplia difusión, sin embargo, no se dispone de un modelo cinético de degradación cuyos parámetros se puedan relacionar, de forma sencilla, con las condiciones de operación cuando la materia orgánica es compleja. Los modelos que existen en la bibliografía se refieren a procesos de degradación de compuestos específicos, necesitándose un profundo conocimiento de las rutas de degradación de los compuestos intermedios para poder utilizarlos, o bien, son modelos empíricos, de utilización muy restrictiva, que utilizan parámetros globales para expresar la contaminación orgánica.
En el trabajo que se presenta se ha desarrollado un modelo cinético de degradación, fácil de aplicar en el caso de agua contaminada con materia orgánica compleja cuando se utiliza el sistema O3/H2O2. El modelo utiliza un parámetro global, el Carbono Orgánico Total (COT), para expresar la contaminación orgánica. Considera que la materia orgánica se elimina por reacción directa con el O3 y por reacción indirecta, a partir de los radicales generados por el sistema O3/H2O2, y expresa las cinéticas de degradación en función del COT, utilizando valores medios de las constantes cinéticas de degradación publicadas en la bibliografía.
El modelo tiene en cuenta las cinéticas de descomposición del ozono en agua para generar radicales y la participación de la materia orgánica en la propagación de la vía radical, para ello, considera que durante el proceso de degradación se genera una fracción de materia orgánica, de naturaleza radical, dominanda COT2, y asume que la generación de radicales a partir de ella sigue una cinética de primer orden respecto a la concentración de COT2. El coeficiente cinético de este proceso es fácil de relacionar con las condiciones de operación: pH, concentración de H2O2 en el medio, presencia de carbonato. Así mismo, el modelo considera que el proceso termina cuando se llega a una forma de materia orgánica de difícil eliminación, denominada COT3, que se identifica con compuestos orgánicos muy oxidados, de bajo peso molecular, como oxalato y acetato. El modelo relaciona las diferentes clases de COT a partir del rendimiento de la reacción de eliminación. El modelo se ha utilizado en el diseño de procesos semicontinuos de ozonización de aguas contaminadas con detergentes (NaLAS), pesticidas (Carbofurano y Pyrimetanil) y ácidos orgánicos de cadena corta (ácido acético y ácido fórmico), cuyas concentraciones de COT eran del orden de 10 mg/l. Los procesos de degradación se llevaron a cabo en un airlift de reciculación externa de 45 L de capacidad, a 23ºC de temperatura y a diferentes caudales másicos de ozono (2 g/Nm3 - 10 g/Nm3) y valores de pH (5-11). El agua oxigenada se adicionó de forma discontinua, evitando su acumulación en el medio, de tal forma que su concentración no sobrepase la mitad de la concentración de ozono de saturación. Para las condiciones de ozonización descritas, el modelo simula satisfactoriamente los resultados experimentales de la variación de COT y de la concentración de ozono disuelto en el medio durante el proceso de degradación. Para comprobar la validez del modelo, también se han simulado los valores experimentales de la variación de COT y de ozono disuelto obtenidos por otros autores, en diferentes condiciones de ozonización y en aguas contaminadas con distintas substancias orgánicas. Lemeune y col., 2000 (glucosa, celobiosa); Andreozzi y col., 1990, 1991, 1992 (quinoxalina, piridina, 2-hidroxipiridina); Sotelo y col., (1,3-ciclohexanodiona); Beltran y col., 1995, 1996 (fluoreno). El modelo de degradación propuesto puede ser una herramienta útil para determinar las condiciones óptimas de operación en un proceso de ozonización de aguas residuales, así como para el diseño del equipo donde llevar a cabo el proceso. La sencillez de planteamiento del modelo hace que también sea posible su utilización para simular otros POA, como aquellos en los que se utiliza O3/H2O2/UV.
