Tratamientos de Oxidacion Avanzada I

- Tratamientos avanzados de oxidación - Procesos avanzados de oxidación - Radiación UV - Oxidación avanzada fotoasistida

-Procesos de desinfección O 3 /UV - Patógenos en agua - Desinfección mediante radiación UV - Combinación O 3 /UV - Datos económicos

Proc Pr oceso esos s avan avanza zado dos s de ox oxid idaci ación ón (A (AOP OP) )

Los procedimie procedimientos ntos avanzados avanzados de oxidación oxidación (en (en inglés inglés “Advanced “Advanced oxidation oxidation processes” processes” = AOP) AOP) se definen como: “aquellos procesos de oxidación que implican la generación de radicales hidroxilo en cantidad suficiente para interaccionar con los compuestos orgánicos del medio” a d a z n a v a n ó i c a d i x O

Estos métodos utilizan la elevada capacidad oxidante de los radicales HO y que difer diferenci encian an entre entre sí en la forma forma en la que los generan. Están implicadas otras especies menos oxidantes oxidantes como como el anión superóxido superóxido (O2 -) y su ácido conjugado, conjugado, el radical hidroperóxido hidroperóxido (HO2 ). ●

●

●

Potencial de oxidación

El pode poderr de oxid oxidac ació ión n se mide mide con con el el pot poten enci cial al redo redoxx (V) (V) (Elevada capacidad oxidante implica baja selectividad) Agente oxidante

Potencial de oxidación (E o ) en V*

Flúor Radical hidroxilo (HO ) Oxígeno (atómico) Ozono Peróxido de hidrógeno Hipoclorito Cloro Dióxido de cloro Oxígeno (molecular) ●

a d a z n a v a n ó i c a d i x O

* pH = 0

3.06 2.80 2.42 2.08 1.78 1.49 1.36 1.27 1.23

Contaminantes persistentes Un contaminante es persistente si no se descompone o lo hace muy lentamente en el medio natural. La persistencia viene determinada por la estructura química del compuesto y por las características del medio en el que se encuentra.

Los compuestos aromáticos halogenados son el ejemplo más claro de contaminantes persistentes:


Intermedios de los procesos de degradación Algunos compuestos son fácilmente degradables, pero en su proceso de degradación forman intermedios persistentes. Ejemplo: DDT y sus productos de degradación DDD y DDE y otros compuestos similares pueden originar como metabolito metil sulfonas, que son compuestos tóxicos para las glándulas suprarrenales.


DDE: diclorodifenildicloroetileno DDD: diclorodifenildicloroetano

Rango de aplicabilidad de AOP Procesos avanzados de oxidación Aplicables para DQO < 5 g/L = 5000 ppm Oxidación húmeda (130-300ºC, 0.5-20 MPa) Puede utilizar catalizadores Autotérmica para DQO > 10-20 g/L Incineración (>800ºC) Autotérmica para poder calorífico > 3000 kJ/kg (aprox. 200 g/L de DQO). En caso contrario es necesario un combustible adicional a d a z n a v a n ó i c a d i x O

Características fundamentales de los AOP Ventajas sobre otros procedimientos [convencionales] para la eliminación de contaminantes:


1. El compuesto contaminante se destruye, lo que resulta deseable en caso de compuestos refractarios al tratamiento biológico. 2. Pueden tratar concentraciones muy bajas (hasta ppb ). 3. Mejoran propiedades organolépticas del agua. 4. En muchos casos consumen menos energía que sus alternativas convencionales. 5. Pueden mineralizar totalmente el contaminante sin formación de subproductos, aunque esto no siempre es deseable y es posible considerar los AOP como: 1 – Pretratamiento para elevar la biodegradabilidad 2 – Post-tratamiento previo al vertido.

Procesos avanzados de oxidación (AOP)



Desventajas de los métodos intensivos en ozono

1. Coste de la generación de ozono (descarga eléctrica) A partir de aire 15 - 18 kWh/kg O3 A partir de oxígeno 5-8 kWh/kg O 3 (+ coste del oxígeno) 2. Neutralización de radicales


Los aniones carbonato y bicarbonato, abundantes en muchas aguas residuales y naturales, son agentes neutralizantes de radicales que reaccionan con los hidroxilos del medio para formar radicales carbonato o bicarbonato que no intervienen en reacciones de mineralización de materia orgánica El efecto explica la curva de degradación típica de aguas residuales en ozonización con una inflexión a una carga orgánica crítica → transición de ozonización directa a indirecta inhibida por efecto matriz.

Desventajas de los métodos intensivos en ozono

3. El bromato se forma a partir del hipobromito por reacción directa con ozono y por oxidación por radicales hidroxilo: Br

−

−

•−

HO• , CO3

⎯⎯→ BrO ⎯⎯⎯⎯→ HOBr, BrO O3

•

•

, BrO2

O ⎯⎯ → BrO3− 3

Límite para el bromato (carcinógeno potencial) en aguas de consumo (USEPA y Directiva 98/83/EC): 10 µg/L:


Espectro electromagnético La energía de los enlaces moleculares es del orden de la de la radiación UV del espectro electromagnético. La fotoquímica estudia los efectos

químicos de la radicación, en especial la radicación ultravioleta (UV), que abarca desde los 400 nm hasta la energía necesaria para arrancar los electrones de valencia más fuertemente ligados, (unos 30 eV = 5 x 10 -18 julios/molecula) que corresponde a una longitud de onda de 40 nm.


Oxidación avanzada fotoquímica Regiones del espectro UV-Vis y su aplicación en procesos fotoquímicos de oxidación avanzada:


La luz solar contiene un 3–5% de radiación UV Se utilizan lámparas de mercurio de dos tipos: baja presión (convencionales y de amalgama) y media [alta] presión

Lámparas convencionales de baja presión Eficacia de conversión de energía eléctrica en radiación UVC elevada (40%) con un espectro de emisión muy estrecho (254 nm + línea menor a 185 nm en lámparas con tubo exterior de cuarzo)


lámpara generadora de ozono

Lámparas de media presión Presentan un espectro con múltiples picos; su eficacia en la conversión de energía eléctrica en UVC es menor (15%) Luz visible (>380 nm)


Resumen de características de las lámparas UVC


Módulos para reactor de flujo


Constan de uno o varios tubos por carcasa en configuración paralela o perpendicular al flujo. (Izda.: reactor con tubos perpendiculares dispuestos en seis filas de las que tres tienen lámparas instaladas.

Módulos para canal abierto


Fotólisis directa La fotólisis directa implica la ruptura de enlaces A) homolítica con formación de radicales

superóxido

B) Heterolítica o fotoioinización Ejemplos: haloalcanos, aromáticos clorados, nitrofenoles y diversos pesticidas (DDT, lindano, atrazina) a d a z n a v a n ó i c a d i x O

Desventajas: i) Sólo es aplicable a compuestos que absorben en el ultravioleta (200-300 nm) ii) La eficiencia es baja iii) Sólo degrada el compuesto absorbente y no necesariamente sus productos de reacción

Fotólisis indirecta o sensitización Algunos compuestos pueden absorber luz UV y transferirla a otras moléculas del sistema (sensitizadores) ∗

3

O 1 + → ⎯⎯→ + S hν S S O2 2

Ejemplo: degradación de triadimenol (pesticida utilizado en viticultura) en presencia de 9,10-dicianoantraceno, que actúa como sensitizador. a d a z n a v a n ó i c a d i x O

Desventajas: i) Necesidad de eliminar y recuperar el sensitizador después del tratamiento. ii) El uso de sensitizadores inmobilizados reduce la eficacia de generación de siglete oxígeno.

Rendimiento cuántico El rendimiento cuántico indica la fracción de radiación absorbida que se utiliza para la reacción fotoquímica

Φ=

moles que reaccionan moles de fotones absorbidos

La energía de un mol de fotones monocromáticos es una unidad física que se denomina einstein o einstenio (E). Para un haz de luz de 254 nm cuya frecuencia (en el vacío) es ν = 1.181 x 10 -15 Hz, la energía asociada a un einstenio es: a d a z n a v a n ó i c a d i x O

ν 254 =1.181x 1015 s −1

→ E = 4.69 x105 J ⋅ E −1 E = hν N A ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

Otras variables: intensidad y densidad de flujo de la radiación incidente y geometría del fotorreactor, presencia de sustancias absorbentes no reactivas o sólidos en suspensión.

Cinética fotoquímica Velocidad de fotolisis de un compuesto “B” dado: rB = −

dc B LL mod el = Φ B FBIa = Φ BFB µ q ⎯⎯⎯⎯⎯ →Φ BFBI o (1 − exp( −µ L )) Ia =Io −Io e − L dt µ

Ia: radiación absorbida por unidad de volumen y unidad de tiempo q: densidad de flujo de radiación µ: coeficiente de atenuación: µ = 2.303 Σ υi Ci υ : absortividad molar υ BC B FB: fracción de radiación absorbida que absorbe “B”: F B = υ C

∑

i

i

i


La velocidad global de desaparición de “B” se obtiene integrando las velocidades de reacción para todos todos los puntos del fotorreactor: rB =

1

V∫

rB,dV dV =

1

Φ F µ q ∫ V B B

dV

dV

Siendo “q” en general una función de la posición en el reactor.

Tecnologías fotoquímicas de oxidación avanzada: Sistema H 2 O 2 /UV Se basa en la generación fotoquímica de radicales mediante la fotodescomposición del peróxido de hidrógeno o de su base conjugada para originar radicales: H 2O2


+ hν ( λ

∼

200 − 300 nm ) → 2 HO

La base conjugada del peróxido de hidrógeno tiene mayor coeficiente de extinción molar (240 M -1 cm-1) , pero se deben evitar condiciones alcalinas para reducir el efecto inhibidor de carbonato y bicarbonatos.

i

ε = 18.6 M −1 cm−1 a 254 nm

Tecnologías fotoquímicas de oxidación avanzada: Sistemas O 3 /UV y O 3 /H 2 O 2 /UV La irradiación de ozono conduce a la formación de peróxido de hidrógeno, que se descompone para originar radicales hidroxilo incluso con radiación UVB. Para longitudes de onda menores predomina la fotolisis directa (ε354 = 3300 M -1 cm-1)

+ H 2O + hν ( 280 nm < λ < 315 nm ) → H 2O2 + O2 1 O3 + hν ( λ < 310 nm ) → O2 + O( D) 1 O ( D ) + H 2O → 2 HO O3

i


Cuando se utiliza ozono y peróxido de hidrógeno, el proceso se basa en la fotolisis de ozono; el peróxido de hidrógeno se limita a generar radicales hidroxilo por reacción directa con el ozono: O3

+ H 2O2 → HO + O2 + HO2• i

Ventajas de las tecnologías fotoquímicas 1. 2. 3. 4. 5. a d a z n a v a n ó i c a d i x O

Reduce el uso de oxidantes con los consiguientes beneficios económicos, medioambientales y para la salud humana. Aumenta la velocidad de reacción en comparación con el mismo proceso en ausencia de luz, lo que repercute en un menor tamaño de los equipos y un menor coste de inmovilizado. Evita sistemas que implican cambios drásticos en el pH como - ocurre con ozono alcalino ( O 3 /OH ). Aumenta la flexibilidad del sistema al permitir el uso de una variedad de oxidantes y condiciones de operación. Reduce el consumo de energía para generar radicales hidroxilo.

Limitaciones de las tecnologías fotoquímicas 1. 2.

Sólo en algunos casos es posible utilizar los procesos fotolíticos directos, sin añadir reactivos químicos, por lo que se limita aguas residuales con compuestos con elevada absorción de radiación. No resultan convenientes para aguas con elevada concentración de sólidos debido a la formación de “sombras”.

Procesos comerciales de oxidación avanzada AOP

Nombre comercial

UV/H2O2

Calgon Perox-Pure™ and Rayox® systems

Calgon Carbon Oxidation Technologies, Pittsburgh, USA. www.calgoncarbon.com

CAV-OX® Process

Magnum Water Technology, California, USA. www.magnumwater.com

UV/O3

Hydroxyl UVP

Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com

Wedeco

PCI-Wedeco Environmental Technologies, New Jersey, USA. www.pci-wedeco.info

Hydroxyl UVO a d a z n a v a n ó i c a d i x O

UV/TiO2

Matrix Air 2000™

O3/H2O2

Empresa

HiPOx™ Hydroxyl OP

Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com Matrix Photocatalytic Technology Inc., Ontario, Canadá Trojan Technologies, Canada. www.trojanuv.com Applied Process Technologies Inc., California, USA. www.aptwater.com Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com

- Tratamientos avanzados de oxidación - Procesos avanzados de oxidación - Radiación UV - Oxidación avanzada fotoasistida

-Procesos de desinfección O 3 /UV - Patógenos en agua - Desinfección mediante radiación UV - Combinación O 3 /UV - Datos económicos

B al l an t i d i u m c o li

Patógenos en aguas residuales Bacterias Escherichia coli (gastroenteritis) Leptospira interrogans (enfermedad de Weil) Salmonella spp. (salmonelosis, tifus) ) Shigella sonnei y otras especies (shigellosis

Protozoos Balantidium coli (balantidiasis) Cryptosporidium parvum (criptosporidiosis) Entamoeba histolitica (disentería amebiana) Giardia lamblia (giardiasis)

Helmintos

n ó i c c e f n i s e D

Ascaris lumbricoides (ascariasis) Taenia solium y Taenia saginata (teniasis) Trichuris trichiura (trichuriasis)

Virus Diversos enterovirus (gastroenteritis, meningitis) Virus de la hepatitis A (hepatitis A) Virus de Norwalk (gastroenteritis) Rotavirus (gastroenteritis)

Sa l m o n e l l a e n t e r i c a

Aguas de proceso en la industria alimentaria Directiva 98/83/EC del Consejo de 3 de septiembre de 1998 relativa a la calidad de las aguas destinadas al consumo humano Art. 2.1. …”todas las aguas utilizadas en empresas alimentarias para fines de fabricación, tratamiento, conservación o comercialización de productos o sustancias destinadas al consumo humano”. ANEXO I, Parte A (valores paramétricos en CFU) Escherichia coli……………. 0 en 100 mL Enterococos………………… 0 en 100 mL

EPA Guidelines for Water Reuse EPA/625/R-04/108, 2004 Indirect potable reuse: groundwater recharge by spreading or injection into potable aquifers or augmentation of surface supplies.... Meet drinking water standards:


Cryptosporidium: 99% removal/inactivation Giardia lamblia: 99.9% removal/inactivation Viruses: 99.99% removal/inactivation Legionella: No limit, but EPA believes that if Giardia and viruses are removed/inactivated, Legionella will also be controlled. Heterotrophic Plate Count: No more than 500 bacterial colonies per milliliter. Total Coliforms (including fecal coliform and E. Coli): No more than 5.0% samples total coliform-positive in a month.

Patógenos en el procesado de frutas y verduras Orígenes (Beauchat, L.R., Ryu, J.H., Produce Handling and Processing Practices, Emerging Infectious Diseases, 3, 459, 1997)

Antes de la recolección Microorganismos presentes en el suelo Agua de riego y agua utilizada como dispersante de agroquímicos Abono orgánico y otras fuentes de materia fecal Insectos y otros vectores animales Manipulación humana indadecuada

Después de la recolección Fallos en la manipulación humana (trabajadores, consumidores) Equipos de recolección, procesado y transporte Insectos y otros vectores animales Agua de lavado y proceso, incluyendo hielo Almacenamiento inadecuado Contaminación cruzada


Estrategias emergentes Desinfección mediante ozono en aire y agua (GRAS-GMP) Corte mediante sistemas sin contacto (agua a presión) Envasado en atmósfera modificada Radiación UVC combinada con otros métodos Radiación gamma (< 1 kGy) Lavado en agua electrolizada (AcEW o AlEW) Cavitación ultrasónica

Radiación UVC UVC (190-280nm): máxima absorción del ADN a a 200nm y 265nm (no a 254nm). A 200nm la absorcción tiene lugar en el esqueleto ribosa-fosfato. A 265nm, la absorción tiene lugar en las bases nitrogenadas.


Radiación UVC La efectividad del UV para la desinfección se debe a la acción fotoquímica sobre el AND. La radiación UVC induce la ruptura de enlaces y la formación de puentes entre bases tiamina adyacentes. Los microorganismos pierden su posibilidad de reproducirse o de sintetizar proteinas esenciales

n ó i c c e f n i s e D 

Guanina  Tiamina  Adenina  Citosina

Acción germicida de la radiación UVC Acción germicida Dosis Intensidad

Tiempo Agua

Lámparas Disposición n ó i c c e f n i s e D

UV-C

Caudal

SAC-254*

Volumen

Conducción cerrada

Ensuciamiento

Turbidez

Operación

Color

Canal abierto

Envejecimiento * Spectral Absorption Coefficient a 254 nm, SAC-254 según DIN 38404 C3

Estándar de desinfección mediante UVC NSF (National Sanitation Foundation) Standard 55-1991 Ultraviolet Microbiological Water Treatment Systems. Con arreglo a NSF 55, hay dos clases de systemas de tratamiento UV de agua potable: 1. 2.


Sistemas de Clase A, pare desinfectar agua contaminada con microorganismos, pero no para potabilizar agua residual. La dosis mínima es 40 mW s cm-2. Sistemas de Clase B, diseñados para tratamiento adicional de agua potable ya considerada apta para consumo. La dosis mínima es 16 mW s cm-2. Dosis Intensidad

Tiempo

W s⎞ W ⎞ ⎛ ⎛ D ⎜ 2 ⎟ = I ⎜ 2 ⎟ t ( s ) ⎝ m ⎠ ⎝m ⎠

I: Tasa de fluencia (“intensidad de luz”)

Dosis para inactivación de diversos patógenos ... (en mJ/cm2) y para diversos grados de desinfección:


D10: Dosis necesaria para una reducción del 90% de CFU (1 log)

Cómo determinar la dosis 1. 2.

Grado de desinfección requerido en función del uso del agua Sólidos en Suspensión; materia orgánica, mineral y microorganismos (SS > 30 ppm pueden requerir filtración previa o floculación)

3. 4.

Transmitancia UV del agua a 254nm Hierro y Manganeso: (Absorben luz UV en agua, provocan depósitos en las lámparas)

Función de inactivación (EPA):

⎡1 − 1 + 4 d k D ⎤ N = N o exp ⎢ ⎥ + c SS m 2 d ⎣⎢ ⎦⎥ n ó i c c e f n i s e D

N = Concentración de microorganismos (CFU/mL) No = Concentración inicial de microorganismos (CFU/mL) d = Coeficiente de dispersión hidráulica (describe las condiciones de mezcla) k = Relación de inactivación (m2/J) D =Dosis UVC (J/m2) SS = Concentración de sólidos en suspensión (mg/L) c, m = Constantes empíricas (específicas para agua)

Cómo determinar la dosis Expresión del modelo Chick-Watson


⎛ N ⎞ log ⎜ ⎟= −kD ⎝ N o ⎠

Desviaciones típicas de la cinética Chick-Watson: Reparación en oscuridad o fotorreparación: dosis umbral a la que sigue cinética Chick-Watson [Bacilus subtilis] Presencia de subpoblaciones resistentes: saturación a cierto nivel de desinfección [coliformes totales en agua residual]

Cómo determinar la dosis Protocolo oficial para el cálculo de la dosis UVC en desinfección del National Research Water Institute (NWRI) de Canadá (bioensayo con un patógeno patrón [bacteriófago MS2 o Bacilus subtilis]: Inactivación 4-log del bacteriófago MS2: 93 mW×s/cm2


Dosis habituales: Virus: 8-30 mW×s/cm2 [salvo virus del mosaico del tabaco] Bacterias: 5-25 mW×s/cm2 [Escherichia coli, 7 mW×s/cm2] Levaduras: 5-18 mW ×s/cm2 Esporas de hongos: hasta 350 mW ×s/cm2 Protozoos (quistes): hasta 250 mW ×s/cm2 [en particular Giardia y Cryptosporidium, considerablemente más resistentes que otros microorganisms] Estándar alemán de agua potable: 40 mW ×s/cm2 Estándar USA de aguas residuales: 30 mW×s/cm2 Corrección para niveles de hierro elevados (x 1.5 para 0.50 ppm)

Cómo determinar la dosis Selección de la dosis de diseño: 30 mJ/cm2 habitual para 200 CF/100 mL

Determinación de la transmitancia de diseño (65% es un valor habitual) Efluente de tratamiento terciario o de membranas 80% Salida de fangos activados 60-65% Lecho percolador (TF) 50-55% Lagunas de estabilización 35-45% Efluente TF = 2X’s lámparas A/S Efluente lagunas = 4X’s lámparas A/S cada 15% menos de UVT dobla la potencia de l ámapara ≈

≈


≈

≈

Regla general: 4 lámparas de amalgama (LPHO)/100 m3 /día para 200 CF

Componentes de un sistema UVC (Instalación sencilla en canal abierto = caudal alto) Compresor para el sistema de limpieza Armarios eléctricos Caja de conexiones


Placa deflectora

Módulos UV Cubierta del canal (no imprescindible)

Sistema de regulación automática del nivel de agua en el canal

Componentes de un sistema UVC en conducción cerrada (caudal bajo)


Componentes de un sistema UVC 1. Contactor en canal abierto o conducción cerrada - Ubicación y orientación de las lámparas - Separación entre lámparas y entre lámpara y pared del reactor - Tiempos de residencia (desde ~ 0.1-1 s [MP] hasta ~ 10-30 s [LP]) - Placas deflectoras y otras consideraciones hidrodinámicas


Componentes de un sistema UVC 2. Lámparas de mercurio y fundas de lámpara - Fundas (sleeves) de cuarzo [resistencia, ensuciamiento, solarización] - Lámparas [envoltura, electrodos, mercurio y gas de relleno]

Baja presión (1-1.5 Pa, 40-100ºC) - Calentamiento 20-25 segundos - 0.3 kW y 30% de eficacia - Vida útil 8000-16000 h - 200-1500 €/lámpara

Media presión (0.4-4.0 MPa, 600-900ºC) n ó i c c e f n i s e D

- Calentamiento 2-5 segundos - 3 kW y 15% de eficacia - Vida útil 1500-5000 h - 20000 €/lámpara ( x 20 )

Componentes de un sistema UVC 2. ...Lámparas (envejecimiento). Afecta a todo tipo de lámparas (pérdidas de 10-20%) y a todo el rango de radiación con acción germicida [vaporización de electrodo (W)]


Componentes de un sistema UVC 3. Reguladores de potencia Pueden ser magnéticos o electrónicos Magnéticos - Más baratos y resistentes a sobretensiones - Admiten mayor separación entre reactor y panel de control Electrónicos - Ajuste continuo de potencia y operación a baja carga (<30%) - Más eficientes energéticamente - Disminuye la vaporización de electrodo en el arranque


Componentes de un sistema UVC 4. Sistema de limpieza continua o periódica - OCC: off-line chemical cleaning - OMC: on-line mechanical cleaning - OMCC: on-line mechanical-chemical cleaning a) sistema OMC sobre la funda de lámpara (Inflico Degremont) b) sistema OMCC: collar con agente de limpieza (Trojan)


Componentes de un sistema UVC 5. Sensores de intensidad UVC y UVT (transmitancia) - Los sensores UVC miden la tasa de fluencia en un punto del reactor - Los sensores UVT miden la transmitancia del agua comparando la tasa de fluencia a varias distancias de la lámpara - Permiten la dosificación correcta y responden a variaciones de intensidad por envejecimiento o ensuciamiento y a las variaciones de calidad del agua. - Pueden ser secos y húmedos (en contacto con el agua) y requieren limpieza periódica


Diseño de un sistema UVC •

•

•


Parámetros de diseño – Caudal máximo – Transmitancia de UV mínima – Grado de desinfección requerido – Datos del proceso de pretratamiento Parámetros de riesgo – Concentración máxima de sólidos en suspensión – Concentración máxima de entrada de bacterias – Variaciones de caudal de agua Parámetros de detalle – Conocimiento detallado de las etapas de pretratamiento – Distribución del tamaño de partícula – Concentración de hierro, manganeso y otros componentes

Estrategias de dosificación • •

Intensidad (tasa de fluencia) como punto de consigna Dosis calculada en función de la UVT

Ventajas de la desinfección UV 1. 2. 3. 4. 5. 6.

No requiere manipulación ni almacenamiento de productos químicos No genera subproductos (DBP) No le afectas los cambios de temperatura y pH del agua Opera con tiempos de contacto pequeños (segundos a minutos) No hay riesgo de sobredosificación de desinfectante Bajo coste de mantenimiento

Desventajas de la desinfección UV • • n ó i c c e f n i s e D

3.

Mayor coste de inmovilizado [discutible] No deja concentración residual de desinfectante [Agua potable] Ciertos microorganismos son resistentes a la radiación [Adenovirus en agua potable]

Combinación Ozono-UVC ¿Por ¿P or qu qué é oz ozon ono? o? Es un oxidante que inactiva y destruye microorganismos porque: 1.

2.


Reaccio Reac ciona na con con mol moléc écul ulas as con con alt alta a dens densid idad ad ele electr ctrón ónica ica de las las cápsulas, cápsula s, paredes celulares celulares y membr membrana ana semipermeab semipermeables les de diversos organi org anismo smoss y formas formas de resist resistenc encia, ia, incl incluid uidas as las las enzima enzimass extern externas as y los polis polisacá acárid ridos os de virus virus,, espora esporass y quiste quistes. s. Actú Ac túa a tam tambi bién én so sobr bre e el ma mate teri rial al ce celu lula larr en el in inte teri rior or de la cé célu lula la,, dañando dañan do tanto el citoplasma citoplasma como como los componente componentess de los ácidos nucleicos.

Estass reacci Esta reaccion ones es pr pres esen enta tan n cinét cinética icass de reac reacci ción ón mu muyy rá rápi pida das. s. La efi eficie cienc ncia ia de la la desin desinfe fecci cción ón de depe pend nde e de la la sensi sensibil bilid idad ad de los los microo mic roorga rganis nismos mos al oxida oxidante nte,, de la conce concentr ntraci ación ón de ozon ozono o y del tiempo tie mpo de con contac tacto to

⎛ N ⎞ ⎟ = − kO ( C − t ) ⎝ N o ⎠

log ⎜

3

Ventajas del sistema O 3 -UVC 1.

La com combin ina aci ció ón con constituye un pro proce ceso so de oxid oxida ació ión n avanzada (AOP OP)):

+ H 2O + hν ( 280 nm < λ < 315 nm ) → H 2O2 + O2 O3 + hν ( λ < 310 nm ) → O2 + O( 1D) 1 O ( D ) + H 2 O → 2 HO O3

i

2.

Perm Pe rmitite e re reba baja jarr la do dosi siss de ozo zono no,, po porr lo qu que: e: i) Reduce Reduce los los costes costes de la ozoniz ozonización ación Energía teórica para formación de ozono 0.835 kWh/kgO 3 Rendimiento típico (oxígeno): 10%


ii) Ev Evitita a la fo form rmac ació ión n de br brom omat atos os (lí (lími mite te UE y EPA EPA:: 10 10 µg/L):

Ventajas del sistema O 3 -UVC 3.

Combin Comb ina a las las efic eficac acia iass desi desinf nfec ecta tant ntes es de de ozon ozono o y radi radiac ació ión n y perm permitite e alca al canz nzar ar un una a de desi sinf nfec ecci ción ón de ampl amplio io es espe pect ctro ro:: Ventaja ja relativa relativa de UVC en en la eliminac eliminación ión de virus, virus, espora esporas s y quistes quistes - Venta - El ozono evita evita la aparición de procesos de reparación celular y ataca a ciertos virus poco sensibles a la radiación UVC

4.

Reduce la formación de subproductos de desinfección (DBP) Suproductos Suprodu ctos de desinfecci desinfección ón con ozono

Aldehídos


Formaldehído Acetaldehído Glioxal (Etanodial) Metilglioxal

Ácidos Ácido oxálico Ácido succínico Ácido fórmico Ácido acético

Aldo- y cetoácidos Ácido pirúvico Subproductos bromados* Ion bromato Bromoformo Ácidos (acético) bromados Bromopicrina Acetonitrilos bromados

Otros

* Los subproductos bromados se forman en agua con un contenido importante en bromuro Fuernte: Singer, 1992.

Peróxido de hidrógeno

Combinación O 3 -UVC Conbinación O3-UV para tratamiento de aguas potables y residuales: Jim Bolton, IUVA (International Ultraviolet Association) “If you have ozone ahead of a UV disinfection unit, the ozone tends to clarify the water so the transmittance of UV goes up, making it work more efficiently”

Tanto el tratamiento con Ozono como con radiación UV figuran en la lista EPA de las mejores tecnologías disponibles para satisfacer la LT2 Enhanced Surface Water Treatment Rule: El objetivo de la LT2 es reducir la indicencia de enfermedades asocidadas al Cryptosporidium y otros microorganismos presentes en el agua potable. También se refiere a la formación de DBP. [Federal Register, Jan., 5th, 2006]. n ó i c c e f n i s e D

La combinación habitual es: Clarificación Secundaria y otras procedencias

Filtración

Ozonización

Radiación UV

Planta de tratamiento O 3 -UVC Analizador ozono gas residual

Destructor de ozono en el gas residual

Efluente filtrado EDAR

Atmósfera

Dosificación De materia

descarga columnas de burbujeo n ó i c c e f n i s e D

Unidad UV

Analizador de ozono Generador de ozono

Planta de desinfección O 3 -UVC con ozono residual Analizador ozono gas residual

Atmósfera

Influente

Dosificación De materia

Unidad UV- AOP

Efluente con ozono residual


Analizador de ozono Generador de ozono

Aplicación en acuicuitura


Sistema de recirculación de 4800 L/min diseñado para la incorporación de ozono con el oxígeno de la unidad de LHO

Aplicación en acuicuitura Sistema de tratamiento para desinfección de 400/2400 L/min en US Fish and Wildlife Service’s Northeast Fishery Center, Lamar, PA. Conos Speece Prescindible si se combina con UV


Ozono/aire

De la unidad LHO

Equipos para ozonización (1)

Aire Concentrador de oxígeno (tamiz molecular)


Mezclador estático

Generador de ozono

Mezclador Venturi

Equipos para ozonización (2) Detector de ozono en aire

Sesor y analizador de ozono disuelto

Destructor de ozono n ó i c c e f n i s e D

Difusor Conos Speece

Columna de burbujeo

Coste para ozonización de un agua residual 1 mgd (~150 m3/h) Fuentes: EPA y Champion Technology Coste de capital. Compresor y alimentación de oxígeno................................175000 € Dispositivo de contacto...........................................................3600 € Destructor de ozono..................................................................600 € Equipos de medida y control.................................................25000 € Ingeniería..............................................................................10000 € Contingencias (30%).............................................................64300 € s o c i m ó n o c e s o t a D

TOTAL: 278500 € Costes de operación (anuales) Mano de obra..........................................................................9000 € Energía (90 kW)....................................................................45000 € Mantenimiento.........................................................................6000 €

TOTAL: 60000 €

Coste para tratamiento UV de un agua residual 1 mgd (~150 m3/h), fuentes: EPA y FOX Engineering Coste de capital. Equipo [Reactor, lámparas y demás accesorios]..................90000 € Instalación e ingeniería ........................................................46000 € Contingencias (30%).............................................................41000 €

TOTAL: 177000 €

s o c i m ó n o c e s o t a D

Costes de operación (anuales) Mano de obra...........................................................................9000 € Energía....................................................................................3800 € Lámparas.................................................................................2500 € Mantenimiento y limpieza........................................................1000 €

TOTAL: 16300 €

Coste de un sistema de ozonización Sistema para baja demanda (~100 L/ min) Generador de ozono G24 Applied Ozone.......................................7800 € Columna de burbujeo 1000L...........................................................5800 € Analizador y monitor de ozono disuelto Rosemunt.........................2600 € Detector de ozono en aire C30ZX.....................................................550 € Destructor de ozono ODS-3P Ozone Solutions................................200 € Sistema de Control automático.......................................................2500 €

19450 € s o c i m ó n o c e s o t a D

ICS0-20 Integrated Ozone Water Treatment System (Applied Ozone Inc.) con concentrador de oxígeno SGC-11........16250 € [incluye tanque contacto 500L] Coste de generación de ozono (100 g/h).....350 €/año

Cálculo de dosis para un reactor WG-1-LV-WW Potencia de lámpara_ 19 W Tasa de fluencia (> 3 min a 2 in.) en el punto central_ 4.07 mW/cm2 Tasa de fluencia media_ 4.07 x 0.85 = 3.46 mW/cm2 Tasa de fluencia media efectiva_ 3.46 x 0.75 = 2.60 mW/cm 2 Volumen efectivo de cámara de radiación_ 3.87 L Flujo volumético_ 2 L/min (1m 3/día) Tiempo de retención HRT_ 116 s Dosis (I x t)_ 2.60 mW/cm2 x 116 s = 300 mW s/cm2 = 300000 µW s/cm2

s o c i m ó n o c e s o t a D

Cálculo de coste para sistema UV de bajo caudal Potencia de lámpara_ 19 W (166.4 kWh en uso continuo al año) Flujo volumétrico < 12 L/min (TSS < 30 mg/L, Fe < 0.3 mg/L) Coste de instalación incluyendo lámpara............................950 € Coste de energía (anual).......................................................10 € Reposición de lámparas (anual)..........................................150 € Ahorro al instalar un sistema UV en combinación con una desinfección mediante ozonización s o c i m ó n o c e s o t a D

G-24 60 g/hr → G-22 30 g/hr.............. -2400 € Coste anual energía (50g/h)............... -175 €/año

Tratamientos de Oxidacion Avanzada I

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