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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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
PLATAFORMA SOLAR DE ALMERÍA
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
1. Introducción
2. Colectores Solares para Fotocatálisis
ÍNDICEÍNDICE
3. Tratamiento de Plaguicidas
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
Características de tratamientos biológicos (aerobios)
Compuestos biodegradables.
DQO < 500 mg/L.
Bajo coste.
Sensibles a compuestos tóxicos y/o no biodegradables.
1. INTRODUCCIÓN
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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.
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
cpc
Nuestra elección:
COLECTORES PARABÓLICOS COMPUESTOS
Flujo turbulentoNo vaporización Sin seguimiento solarNo sobrecalentamientoRadiación difusa y directaBajo costeAlta eficiencia ópticaAlta eficiencia cuántica
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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)
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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:
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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.
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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.
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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:
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
2. COLECTORES SOLARES PARA FOTOCATÁLISIS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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)
3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
FOTOCATÁLISIS SOLAR
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
FOTOCATÁLISIS SOLAR
3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
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3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS
Depuración de aguas residuales conteniendo plaguicidas mediante fotocatálisis solar.
FERIA DE CALIDAD AMBIENTAL Y ECOEFICIENCIA 2004. MURCIA, 1-3 Junio 2004.
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
3. TRATAMIENTO DE PLAGUICIDAS