II. ACTIVIDADES CIENTÍFICO-TECNOLÓGICAS
T2
Grupo de Ingeniería
Química y Ambiental
F
ERNANDO MARTINEZ CASTILLEJO
P
articipantes y
L
íneas de
I
nvestigación
I
nvestigadores
• 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
T
ecnologías de tratamiento
Tecnologías de oxidación avanzada (AOP´s
)
• FotoFenton heterogéneo (Fe2O3-SBA-15/H2O2)
• Fotocatálisis (TiO2) • SonoFenton heterogéneo
Operaciones de separación
• Adsorción • Tecnología de membranasAcoplamientos de tecnologías
• Membranas + AOP´sTareas 2008-09
OBJETIVOS
G
rupo de Ingeniería Química de la Universidad Complutense de Madrid (
T5
)
G
rupo de Ingeniería Química de la Universidad de Extremadura (
T6
)
C
aracterización
EDAR Alcalá de Henares
(Madrid)
P
arámetros
F
ísico-
Q
uímicos
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
C
aracterización
EDAR Alcalá de Henares
(Madrid)
P
arámetros
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
E
fluente
E
DAR
de Móstoles y Alcalá de Henares
A
plicación de
A
OPs 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 horasFoto-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 horasFotocatálisis
T=25 ºC Radiación UV-VisAireación 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 WTarea 17
E
fluente
E
DAR
de Móstoles y Alcalá de Henares
A
plicación de
A
OPs 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: 25ºCConcentración 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 N H 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
R
esultados de
A
OPs -
E
fluente
E
DAR
de Alcalá de Henares
Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados
Tarea 17
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
R
esultados de
A
OPs -
E
fluente
E
DAR
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
R
esultados de
A
OPs -
E
fluente
E
DAR
de Móstoles
Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados
Tarea 18
[H2O2]O= 50 mg/L [H2O2]O= 450 mg/L C H R N S D G A H C R N S D G AR
esultados de
Adsorción
-
E
fluente
E
DAR
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
R
esultados de
Membranas - E
fluente
E
DAR
de Alcalá de
Henares Reforzado con 10 mg/L de fármacos seleccionados
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)
R
esultados del
Acoplamiento Membranas/AOPs
Ensayos con
agua miliQ
Reforzada
con 10 mg/L de fármacos
Tarea 19
Esquema de procesos integrados de
Membranas [1] - Oxidación Avanzada [2] – Adsorción [3]
[1]
[2]
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 membranaR
esultados del
Acoplamiento Membranas/AOPs
Ensayos con
agua miliQ
Reforzada
con 10 mg/L de fármacos
R
esultados 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 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-FENTONConclusiones
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
