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Visita de la Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almería al CIESOL

La Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almer

Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores 2016

Plataforma Solar de Almería. Plazos de solicitud 13/09/2016

Nueva Campaña de Acceso SFERA2

Ya se ha abierto la cuarta y última campaña de acceso de S

Diversificando el uso de la Energía Solar

Diseño de nuevos reactores para foto-Fenton solar aplicados a la regeneración de aguas. Economía, escalado y control del proceso (SULAYR)
P12-RNM-1437

CIESOL responsiva
CONTACTOS
P. Fernández
J. A. Sánchez
FUENTE DE FINACIACIÓN

Junta de Andalucía. Proyecto de Excelencia 2012.

FECHA DE INICIO

01/2014

FECHA DE FINALIZACIÓN

01/2019

Junta de Andaluca

Participantes:

  • Grupo de Inv. “Ingeniería de Bioprocesos y Tecnologías del Agua”.Universidad de Almería (BIO-263)

  • Unidad de “Tratamientos Solares de Agua”. PSA-CIEMAT

Situación: En curso

Resumen:

Se han estudiado muchos aspectos acerca del proceso foto-Fenton con el objetivo de conocer los factores que le afectan y poder así mejorar su eficiencia. Un factor importante es el tipo de fotorreactor donde el proceso tiene lugar. Estos fotorreactores se fueron desarrollando a escala experimental en paralelo con las demás aplicaciones de la energía solar y en los primeros años del siglo XXI se aceptó mayoritariamente el uso de plantas basadas en captadores solares cilindro parabólicos compuestos (CPC). Habiendo llegado a un conocimiento del proceso bastante amplio, se plantea el estudio de nuevas plantas de tratamiento que tengan en cuenta el espacio (área) que los fotorreactores ocupan y el volumen de agua que se puede tratar en esta área. Este concepto fue poco estudiado en el desarrollo de las primeras plantas ya que se priorizó en la capacidad de captación solar.

Objetivos:

  • Diseñar nuevos fotorreactores solares (configuración del captador, diámetro de tubo, disposición de los tubos) para optimizar tanto la radiación solar incidente como el volumen de agua tratado por unidad de área.

  • Diseñar nuevos procesos de control y automatización del reactor para foto-Fenton solar aplicando diversas estrategias de adición de reactivos optimizando su consumo.

  • Estudiar el escalado del proceso de regeneración de aguas considerando las variables de diseño del reactor y los objetivos de calidad del agua tratada.

  • Realizar un estudio económico detallado de la implantación de los fotorreactores desarrollados para el tratamiento terciario de aguas residuales.

Resultados durante 2014:

La comunicación de la concesión del proyecto de la convocatoria de 2012 fue en noviembre de 2013, siendo la fecha de inicio el 30 de enero de 2014. Se ha recibido el 7% del importe total financiado, aún no se ha resuelto el contrato predoctoral (4 años) ni el posdoctoral (2 años). Del trabajo desarrollado, se destacan aquí dos líneas de investigación por su potencial desarrollo. La primera relacionada con el uso de reactores tipo “raceway” que ha sido objeto de la solicitud y concesión de un nuevo proyecto del Plan Nacional (REAQUA), y la segunda con el uso de lámparas LED.

"f-F-raceway"

Resumen gráfico de la aplicación de foto-Fenton solar en “raceway”

Los reactores tubulares con colectores parabólicos compuestos, CPC, implican altos costes de inversión. Sin embargo, la aplicación de los reactores menos costosos, como los “raceway pond reactors, RPRs” ayudaría a difundir el uso del proceso foto-Fenton como tratamiento terciario a escala comercial. Los reactores RPRs son fotorreactores extensivos abiertos no concentradores de radiación que permiten tratar grandes volúmenes de agua. Se componen de canales donde el agua se pone en movimiento por un sistema de rueda de paletas. Hasta ahora los RPRs nunca se han utilizado para aplicaciones de procesos de oxidación avanzada. Se ha estudiado la aplicación de RPRs para eliminar microcontaminantes mediante foto-Fenton solar. Para este propósito, se utilizó una mezcla de plaguicidas comerciales acetamiprid (ACTM) y tiabendazol (TBZ) (100 mg/L cada uno) en efluente secundario simulado. La concentración de hierro (1, 5,5 y 10 mg/L) y la profundidad del líquido (5, 10 y 15 cm) fueron las variables de proceso. El TBZ se eliminó al comienzo del tratamiento (menos de 5 min), aunque los tiempos de eliminación del ACTM fueron mayores (20-40 min para las mayores concentraciones de hierro). Se obtuvo una alta capacidad de tratamiento por unidad de superficie (48 mg/m2 h con 5,5 mg Fe/L y 15 cm profundidad del líquido), lo que demuestra la viabilidad de utilizar RPRs para la eliminación de microcontaminantes.

La investigación sobre el uso de LED para el tratamiento de aguas residuales ha aumentado en los últimos años. Los LED son más eficientes que otras lámparas UVC debido a su reducida disipación de calor y mayor vida útil. Sin embargo, la mayoría de los LED de UVC que están actualmente disponibles son de tan baja intensidad que el enorme número de lámparas requeridas para un tratamiento eficiente de aguas residuales hace inviable su aplicación. Por tanto, el desarrollo de UVC-LED de mayor intensidad puede dar lugar a opciones tecnológicas más factibles para procesos de oxidación avanzada a base de UV. Se estudió la eficiencia de las lámparas de LED de UVC de alta intensidad (20 W/m2) para la eliminación de microcontaminantes con el proceso foto-Fenton. El plaguicida acetamiprid se usó como modelo de contaminante a una concentración de 100 mg/L en efluente secundario debido a su naturaleza recalcitrante. También se evaluó con fines comparativos la degradación usando una lámpara de mercurio de baja presión (LPL). El proceso se aplicó a pH 2,8 y a pH natural. Se calculó la absorción de fotones volumétrico (VRPA) para los resultados a pH ácido, donde el catalizador fue soluble, para investigar la influencia de las concentraciones de hierro y peróxido de hidrógeno sobre la degradación de acetamiprid. Los resultados indicaron la misma contribución de peróxido de hidrógeno y de hierro para la generación de radicales. A pH natural, el sistema de LED de alta intensidad fue eficaz en la eliminación de acetamiprid, en 20 min añadiendo 1 + 1 + 1 mg Fe/L (dosis de hierro secuencial) y 12 mg H2O2/L.

Publicaciones:

  • Carra, I., Santos-Juanes Jordá, L., Acién Fernández, F. G., Malato, S., Sánchez Pérez, J. A. New approach to solar photo-Fenton operation. Raceway ponds as tertiary treatment technology. Journal of Hazardous Materials 2014. 279: 322-329
  • Carra, I., Sánchez Pérez, J. A., Malato, S., Autin, O., Jefferson, B., Jarvis, P. Performance of different Advanced Oxidation Processes for tertiary wastewater treatment to remove the pesticide acetamiprid. Journal of Chemical Technology & Biotechnology 2014. Aceptado 18-10-2014
  • Cabrera Reina, A., Santos-Juanes Jordá, L., García Sánchez, J. L., Casas López, J. L., Maldonado, M. I., Li-Puma, G., Sánchez Pérez, J. A. Modeling the photo-Fenton oxidation of the pharmaceutical paracetamol in water including the effect of photon absorption (VRPA). Applied Catalysis B: Environmental 2015. 166–167: 295–301
  • Carra, I., Sánchez Pérez, J. A., Malato, S., Autin, O., Jefferson, B., Jarvis, P. Application of high intensity UVC-LED for the removal of acetamiprid with the photo-Fenton process. Chemical Engineering Journal. 2015. 264: 690-696