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GRUPO DE INVESTIGACIÓN Calidad del agua reutilizable y aplicación de Procesos de Oxidación Avanzada en la Regeneración José Luis Ovelleiro Narvión Catedrático del Área de Tecnologías del Medio Ambiente UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA 24 de Junio de 2015

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Calidad del agua reutilizable y aplicación de Procesos de Oxidación Avanzada en la

Regeneración

José Luis Ovelleiro NarviónCatedrático del Área de Tecnologías del Medio Ambiente

UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA

24 de Junio de 2015

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Contenido

• Presencia en aguas tratadas de Contaminantes con riesgo sanitario y ambiental. Resultados de caracterización de efluentes procedentes de diferentes tipos de EDARs

• Procesos de Oxidación Avanzada (POAs): fundamentos teóricos, resultados a escala de laboratorio y aplicabilidad de estas técnicas

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Contenido

• Presencia en aguas tratadas de Contaminantes con riesgo sanitario y ambiental. Resultados de caracterización de efluentes procedentes de diferentes tipos de EDARs

• Procesos de Oxidación Avanzada (POAs): fundamentos teóricos, resultados a escala de laboratorio y aplicabilidad de estas técnicas

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Definiciones del RDPH� CONTAMINANTE (art. 245 RD 849/1986)Cualquier sustancia que pueda causar contaminación y en particular, los siguientes:

– ORGANOHALOGENADOS– ORGANOFOSFORADOS– ORGANOESTANNICOS– SUSTANCIAS CANCERÍGENAS, MUTAGÉNICAS Y DISRRUPTORES

ENDOCRINOS– HIDROCARBUROS PERSISTENTES– CIANUROS– METALES Y SUS COMPUESTOS– ARSÉNICO Y SUS COMPUESTOS– BIOCIDAS Y PRODUCTOS FITOSANITARIOS– OTRAS SUSTANCIAS TÓXICAS, PERSISTENTES Y BIOACUMULABLES– MATERIAS EN SUSPENSIÓN– NUTRIENTES– MATERIA CARBONOSA BIODEGRADABLE

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Contaminantes en las aguas residuales urbanas

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓNGRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROSALESGÉRMENES PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓNGRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROSALESGÉRMENES PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

contaminantes

Calidad del agua reutilizable

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Definiciones del RDPH

�SUSTANCIA PELIGROSA (art. 1.32 RD 1290/2012)Sustancias o grupos de sustancias que son tóxicas, persistentes y bioacumulables, así como otras sustancias que entrañan un riesgo análogo, y en particular las incluidas en los anexos I y II del RD 60/2011, de 21 de enero, sobre las Normas de Calidad Ambiental en el ámbito de la política del agua.

ANEXO I: SUSTANCIAS PRIORITARIAS (D 2000/105/CE y D 2008/105/CE)ANEXO II: SUSTANCIAS PREFERENTES

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SPs: Sustancias Prioritarias

PlaguicidasDisolventesNonilfenolesPAHsOrganocloradosCd, Hg, Pb, Ni

Anexo I RD 60/2011

NCA-MA: valor medio anual NCA-CMA: concentración máxima admisible 7

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SPs: Sustancias PrioritariasDirectiva 2013/39/UEpor la que se modifican las Directivas 2000/60/CE y 2008/105/CE en cuanto a sustancias

Prioritarias en el ámbito de la Política de Aguas

Nombre Uso

(34) Dicofol Plaguicida

(35) Acido Perfluorooctonosulfónico y der. (PFOS

Plaguicida, espuma contra incendios, fluido hidraulico(aviación,), fab. semiconductores, plasticos y caucho

(36) Quinoxifeno Plaguicida

(37) Dioxinas

(38) Aclonifeno Plaguicida

(39) Binefox Plaguicida

(40) Cibutrina Plaguicida

(41) Cipermetrina Plaguicida

(42) Diclorvós Plaguicida

(43) Hexabromociclododecano Pirorretardante

(44) Heptacloro y heptacloro epóxido Plaguicida

(45) Terbutrina Plaguicida 8

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SPs: Sustancias Preferentes

Anexo II RD 60/2011

PlaguicidasDisolventesOrganocloradosCu, Cr, Se, ZnCianurosFloruros

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Definiciones� CONTAMINANTE EMERGENTEContaminantes previamente desconocidos o noreconocidos como tales cuya presencia en el medioambiente no es necesariamente nueva pero sí lapreocupación por las posibles consecuencias de lamisma.Son compuestos de los que se sabe relativamentepoco o nada acerca de su presencia e impacto enlos distintos compartimentos ambientales, razón porla cual y a su vez consecuencia de que no hayansido regulados, y de que la disponibilidad demétodos para su análisis sea nula o limitada.

Petrovic et al. 2003

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Definiciones� CONTAMINANTE EMERGENTEEn concreto…

•Retardantes de llama bromados•Parafinas cloradas•Pesticidas polares•Compuestos perfluorados•Fármacos•Drogas de abuso•Metabolitos y/o productos de degradación de las clases de sustancias anteriores

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Contaminantes emergentes: Control

1. Desarrollar métodos analíticos

2. Realizar estudios ambientales (presencia)

3. Realizar estudios de toxicidad

4. Realizar estudios de degradación

5. Realizar estudios de biodisponibilidad

Para conocer el efecto en el medio ambiente…

CONTAMINANTE EMERGENTE SUSTANCIA PELIGROSA

Toxicas, persistentes y/o bioacumulablesNo regulado

Regulado

ANÁLISISRIESGO

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Contaminantes en las aguas residuales urbanas

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROG. PATÓGENOSSALESSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROG. PATÓGENOSSALESSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

contaminantes EDAR

Calidad del agua reutilizable

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Características de las aguas residuales urbanas

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROG. PATÓGENOSSALESSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROG. PATÓGENOSSALESSUST. PELIGROSASCONT. EMERGENTES

contaminantes

PRETRATAMIENTO

T. PRIMARIO

T. SECUNDARIO

¿T. TERCIARIO?

Tratamiento

EDAR

Calidad del agua reutilizable

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Características de las aguas residuales urbanas

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROSALESG. PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONTAMIN. EMERGENTES

SOLIDOS GRUESOS S. SEDIMENTABLESS. SUSPENSIÓN (SS)GRASASMATERIA BIODEGRADABLENITRÓGENOFÓSFOROSALESG. PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONTAMIN. EMERGENTES

contaminantes

PRETRATAMIENTO

T. PRIMARIO

T. SECUNDARIO

¿T. TERCIARIO?

TratamientoCUMPLIR

VALORES LÍMITES DE VERTIDO

yNORMAS DE

CALIDADAMBIENTAL

CUMPLIRVALORES LÍMITES

DE VERTIDOy

NORMAS DECALIDAD

AMBIENTAL

ObjetivosEDAR

Calidad del agua reutilizable

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Definiciones del RDPH

� VALOR LÍMITE DE EMISIÓN o VERTIDO

La cantidad o concentración de un contaminante ogrupo de contaminantes, cuyo valor no debesuperarse por el vertido. En ningún caso, elcumplimiento de los valores límites de emisión,podrá alcanzarse mediante técnicas de dilución.

� NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL

La concentración de un determinado contaminante ogrupo de contaminantes en el agua, en lossedimentos o en la biota, que no debe superarsecon el fin de proteger la salud humana y el medioambiente.

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Límites de Vertido

Parámetro CONCENTRACIÓN (mg/l) % REDUCCIÓN

S.S. 35 (>10.000he)

60 (2.000-10.000he)

90 (>10.000he)

70 (2.000-10.000he)

DBO5 25 79-90 (>10.000he)

40 (2.000-10.000he)

DQO 125 75Ntotal (Z.S.) 15 (>10.000he)

10 (2.000-10.000he)

80

Ptotal (Z.S.) 2 (>10.000he)

1 (2.000-10.000he)

70-80

L.V.

Z.S.: zona sensible

Directiva 91/271/CEE

EDARCalidad del agua reutilizable

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Características de las aguas residuales urbanas

Tratamiento

EDAR

MATERIA ORGÁNICASÓLIDOS EN SUSPENSIÓNNITRÓGENOFÓSFOROSALESG. PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONTAMINAN. EMERGENTES

MATERIA ORGÁNICASÓLIDOS EN SUSPENSIÓNNITRÓGENOFÓSFOROSALESG. PATÓGENOSSUST. PELIGROSASCONTAMINAN. EMERGENTES

contaminantes

AGUA REUTILIZABLE

Calidad del agua reutilizable

RD 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de aguas depuradas

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Legislación

RD 1620/2007, de 7 de diciembre, por el que se establece el régimen jurídico de la reutilización de aguas depuradas

Establece:

- Concepto de reutilización, regeneración y aguas regeneradas

- Usos admitidos y criterios mínimos de calidad

- Procedimiento de concesión

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Sustancias PeligrosasUSO NORMA DE CALIDAD1. URBANO (*)2. AGRICOLA 0.5 mgB/l; 0.1 mgAs/l; 0.1 mgBe/l; 0.01

mgCd/l; 0.05 mgCo/l; 0.1 mgCr/l; 0.2 mgCu/l; 0.2 mgMn/l; 0.01 mgMo/l; 0.2 mgNi/l; 0.02 mgSe/l; 0.1 mgV/l(*)

3. INDUSTRIAL (*)4. RECREATIVO (*)5. AMBIENTAL (*)

RD 1620/2007

Calidad del agua reutilizable

(*) En el caso de que se trate de SPs, debe asegurarse el respeto a las NCAs

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Microorganismos en las aguas residuales urbanas

Organismo AGUA SIN TRATARSALIDA

DECANTADOR 2º

Coliformes fecales (UFC/100ml) 104-105 5.000-10.000

Enterococos (UFC/100ml) 104-105 2.000-5.000Virus entéricos /100ml 103 20-650Giardia/100ml 0.5-104 5-2.300Cryptosporidium oocysts 0.2-103 150

Concentración de los distintos microorganismos

Guidelines for Water Reuse. USEPA, 2004

Maier et al., 2000

Calidad del agua reutilizable

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Principio activo Entrada EDAR (µ g/l) Salida tratamiento primario (µ g/l)

Salida EDAR (µ g/l)

Ibuprofeno 11.78 8.76 2.80

Naproxeno 2.80 2.42 1.37

Bezafibrato 0.41 0.13 0.08

Carbamacepina 0.18 0.15 0.17

Drogas (ng/l) (ng/l) (ng/l)

Cocaína 28.35 27.69 26.82

Metadona 37.35 33.58 33.05

Opiáceos 15.20 8.93 13.44

Fuente: Cortacans J.A., Castillo I., Hernández-Lehmann A., Hernández-Muñoz A., Rodriguez X. Comportamiento de medicamentos y psicofarmacos en tratamientos de depuración convencionales y terciarios. Tecnología del Agua (2009), 313 (56-63)

Línea de aguas

Emergentes en las aguas residuales urbanas

POSIBLE PRESENCIA EN FANGOS Y SEDIMENTOS22

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Caracterización aguas salida EDARs

TUDELA TAFALLA CORTES

VALTIERRA

MONTEAGUDO

Filtros percoladores(doble etapa)

Fangos act. eliminación N y P anoxico

Lechos biolog. en suspensióny nitrif-desnitrificación biolog.

Tratº terciario con lagunas aerobias

Tratº terciario con lagunas facultativas

PARÁM.MICROBIOLÓGIC, METALES, ESTEROLES, AC. GRASOS, DETERGENTES CAT. Y ANIO., NONILFENOLES, VOCs, PCBs, PLAGUICIDAS, PAHs, SEMIVOLÁTILES, FTALATOS, FIS-QUIM GLOBALES, NUTRIENTES

400 PARÁMETROS

Laboratorio de EM

CTM2008-01876

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

50 SUSTANCIAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS

SPs Prioritarias:

simazina, alacloro, isoproturón, clorpirifos, dimet oato, clorfenvifos, cloroformo, nonilfenoles, Pb, Ni, terbutrina

SPs Preferentes:

terbutilazina, metolacloro, Se, Zn

Emergentes y otros :

oxacarbazepina , carbamezapina, clorprofan, prometon , 3,4-dicloroanilina, triadimenol, butóxido de piperonilo, N, N-dietil-3- metilbenzamida (DEET), cafeína, hidrocarburos, detergente aniónicos y cati onicos, ftalatos, benzotiazol, propilenglicol, ac. grasos, esteroles, escualeno, violeta de cristal, Al, Mo, Mn, Fe, Sn, Sr, Ba, Li, V, B

Caracterización aguas salida EDARsCTM2008-01876

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

BACTERIAS NEMÁTODOS AMEBAS

Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Pseudomona s aeruginosa, Staphylococcus aureus, Anaerobias totales, Clostridium perfringens , Nemátodos, Amebas

García et. al., 2011. Environmental Microbiology.

Caracterización aguas salida EDARsCTM2008-01876

MICROORGANISMOS

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Genes registrados en la base de datos GenBank

5 Acanthamoeba

1 Hartmannella

1 Naegleria

Amebas de vida libre, no eliminadas en el proceso de depuración, con cierta patogenicidad y capacidad de albergar en su interior organismos patógenos (Mycobacterium spp., Pseudomonas spp., Legionella pneumophila)

Caracterización aguas salida EDARsCTM2008-01876 Profesora P. Goñi

Area de ParasitologíaFacultad de MedicinaUniversidad Zaragoza

García et. al., 2011. Environmental Microbiology.

AMEBAS

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Tratamientos aplicables en regeneración

• CONVENCIONALES– Desinfección: UV, cloración, ozonización

– Aireación

– Coagulación-Floculación

– Filtración

– Procesos de membranas (MF, UF, NF, OI)

– Nitrificación-desnitrificación

– Eliminación de fósforo

– Adsorción con carbón activo

• NO CONVENCIONALES– Procesos o Técnicas de Oxidación Avanzada

Tecnologías aplicables

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resultados a escala de laboratorioTecnologías aplicables

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Oxidación hipoclorito sódico

Adsorción C activo (30 minutos)

Coagulación/floculación/decantaciónNatividad MiguelTesis Doctoral 2011

Cloración/ Adsorción /CFD

TRAMIENTOS CONVENCIONALES

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Desinfección: cloración

Organismo Cl2 CT

E. Coli 0.6

Polivirus 1.7Giardia 54-250Cryptosporidium >7.200

Tecnologías aplicables

Acanthamoeba

Cl2 Mycobacterium spp., Pseudomonas spp.Legionella pneumophila

TRAMIENTOS CONVENCIONALES

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Riego de la Cloración

M Cl2 SPCL

FORMACIÓN DE SUBPRODUCTOS

THMs, DCAA, TCAA...

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 10 20 30 40

COT (mg C/L)

TH

MF

P (u

g/L)

Con precipitación química previa

Sin tratamiento previo

Tecnologías aplicables

TRAMIENTOS CONVENCIONALES

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Principio activo Entrada EDAR (µ g/l)

Salida EDAR (µ g/l)

Salida terciario (floculación+filtro arena) (µg/l)

Salida terciario(arena + ultrafiltración) (µg/l)

Ibuprofeno 11.78 2.80 2.31 0.93

Naproxeno 2.80 1.37 1.79 0.49

Bezafibrato 0.41 0.08 0.09 0.02

Carbamacepina 0.18 0.17 0.18 0.09

Drogas (ng/l) (ng/l) (ng/l) (ng/l)

Cocaína 28.35 26.82 25.56 23.08

Metadona 37.35 33.05 34.66 24.06

Opiáceos 15.20 13.44 13.84 7.83

Fuente: Cortacans et al., 2009

Emergentes en las aguas residuales urbanas

TRAMIENTOS CONVENCIONALES

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Contenido

• Presencia en aguas tratadas de Contaminantes con riesgo sanitario y ambiental. Resultados de caracterización de efluentes procedentes de diferentes tipos de EDARs

• Procesos de Oxidación Avanzada (AOTs): fundamentos teóricos, resultados a escala de laboratorio y aplicabilidad de estas técnicas TRAMIENTOS NO CONVENCIONALES

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Técnicas de oxidación avanzada (AOTs)

DEFINICIÓN:

• Procesos que generan radicales hidroxilo OH·– Los radicales hidroxilo son altamente oxidantes y muy reactivos

– Son muy buenos desinfectantes

– Son capaces de degradar total o parcialmente compuestos tóxicos y no biodegradables

– Los subproductos generados son por lo general más biodegradables que las moléculas originales

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Técnicas de oxidación avanzada (AOTs)ESPECIE POTENCIAL DE OXIDACIÓN

(V. @ 25ºC)(a)PODER DE OXIDACIÓN

RELATIVO(b)

Flúor (F2) 3.03 2.23

Radical hidroxilo (OH•) 2.80 2.06

Oxígeno atómico (O) 2.42 1.78

Ozono (O3) 2.07 1.52

Peróxido de hidrógeno (H2O2) 1.78 1.31

Radical perhidroxilo (HO2•) 1.70 1.25

Ión permanganato (MnO42-) 1.68 1.24

Dióxido de cloro (ClO2) 1.57 1.15

Ácido hipocloroso (HClO) 1.49 1.10

Cloro (Cl2) 1.36 1.00

Bromo (Br2) 1.09 0.80

Iodo (I2) 0.54 0.40(a) Relativo al electrodo de hidrógeno (b) Basado en el cloro como referencia (=1.00)

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Técnicas de oxidación avanzada (AOTs)Métodos de producción de radicales hidroxilo:

Procesos fotolíticos: –H2O/VUV

Basados en ozono (O3):

–O3/OH-,

–O3/UV

–O3/H2O2

–O3/H2O2/UV

–O3/catalizador, etc

Basados en peróxido de hidrógeno (H2O2):

–H2O2/UV

–H2O2/Fe2+ (reacción Fenton)

–H2O2/Fe2+/UV (reacción foto-Fenton), etc.

Basados en dióxido de titanio (TiO2) :

–TiO2/UV,

–TiO2/luz solar

–TiO2/H2O2/UV, etc.

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Principales efectos de los OH·

DESINFECCIÓN

OH·

OXIDACIÓN

Gérmenespatógenos

ORGÁNICOSINORGÁNICOS↓↓↓↓ Fe, Mn, S2-, NH3, CN, I, Br...

MACRO MICRO

↑↑↑↑ Biodegrad. ↓↓↓↓ Color….

↓↓↓↓ Olor, sabor, fenoles, pesticidas, nonilfenoles, organoclorados…

OH·

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

OH·: Oxidación de c. orgánicos

� REACTIVIDAD DE LOS COMPUESTOS:– f (ESTRUCTURA)– f (SUSTITUYENTES)

M

RAPIDAMENTEOXIDADO =

-CH3

-S-

-OH

-Cl -

-NO2

-COOH

LENTAMENTEOXIDADO

-NH- -N=N-

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos fotolíticos

• Espectro de radiación UV/VISOnda largaOnda corta

Efecto germicida: 245-285 nm

• H2O/VUV

38

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en ozono

Ozonizador

Aire / oxígeno

Cámara de contactoO3 < 0.1 ppmv

Aire: 3-5% O 3Oxígeno: 8-14% O 3

39

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en ozono

O3

HO2·

O2-·

O3 H2O

O3-·

O2

H+

OH·O2

O2

IniciaciónOH-, HO2

-, Fe2+, HCOO-, UV, SH, …

PromociónO3, SH

InhibiciónHCO3

-,CO32-,

t-BuOH, SH, ...SH: sustancias húmicas

OH·

+ MKM

+ HCO3-

KHCO-3

Mox

HCO3-

pH = 8.3pH = 4.3

40

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en ozono• O3/UV y O3/H2O2

22223 OOHOHhO +→++ ν

2223 322 OOHOHO +→+ •

•→+ OHhOH 222 ν

Luz UV•Fotólisis de compuestos•Excitación de moléculas

254 nm

41

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en ozono

• O3/catalizador metálico

� Fase homogénea– Fe(II), Fe(III), – Mn(II), – Ag(I), Cu(II), Zn(II), Cr(III), Co(II) y

Cd(II)

−•+++ +→+ 3)1(

3 OMMO nn

23 OOHHO +→+ •+−•

2)1(

3 OOHMHMO nn ++→++ •++++

� Fase heterogénea– MnO2, TiO2

– CuO, Fe2O3, Cr2O3, Co2O3, NiOSoportes:

Al2O3, silica-gel, arcillas

42

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en H2O2

• H2O2/UV

•→<+ OHnmhOH 2)280(22 λν

máx. 220 nm

•• +→+ 2222 HOOHOHOH

22222 OOHOHOHHO ++→+ ••

22222 OOHHO +→•

43

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en H2O2

• H2O2/Fe (Reacción Fenton)

[ ] +++ +⇔+ HHOIIIFeFeOH 22

322 )...(

+•+ ++⇔ HHOFe 22

223

2 OHFeFeHO ++→+ +++•

pH ACIDO (<2.8)

•−++ ++→+ OHOHFeFeOH 3222

•−++ ++→+ OHOHFeFeOH 3222

−++• +→+ OHFeFeOH 32

pH ACIDO

Reacciónclásica

Minerales de hierro:Goetita, magnetita, arcillas

44

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en TiO2• Características del TiO2

– Sólido blanco

– Estable térmicamente

– No tóxico

– Abundante y económico

– Semiconductor

– Formas cristalinas:• Anatasa

• Rutilo

• Brookita

Activación del TiO2

>Ebgλ < 387.5 nm

“Band gap”

Banda de valencia (vb)

Banda de conducción (cb)

+− +→+ vbcb hehTiO ν2

Defecto de e - ó “hueco positivo”

PAR ELECTRÓN-HUECO ó EXCITÓN

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GRUPO DE INVESTIGACIÓNGRUPO DE INVESTIGACIÓN

Procesos basados en TiO2

• Producción de radicales en agua

•−+ →+ OHadsOHhvb )(

( ) +•+ +→+ HOHadsOHhvb 2

−•− →+ 22 OOecb

22222 222 OOHOHOHO ++→+ −−•

•−− +→+ OHOHeOH cb22

calorTiOheTiO vbcb +→+ +−22 )(

( ) )(adsOHeadsOH cb−−• →+

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Ensayos a escala de laboratorio

Fenton

Fe+H2O2

TiO2

Luz Solar

Ozono

PROCEDIMIENTO

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resultados a escala de laboratorio

Escherichia coli Enterococcus sp.

Cámara solar ATLAS SUNTEST CPS+λ = 320 – 800 nm

Jorge RodriguezTesis Doctoral 2013

Foto-Fenton

+Fe+H2O2

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resultados a escala de laboratorio

0102030405060708090

100

O3 O3+TiO2 O3+TiO2+H2O2

TRIAZINAS

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Paration metil Paration etil Clorpirifos Clorfenvinfos Dimetoato

O3 O3+TiO2 O3+TiO2+H2O2

ORGANOFOSFORADOS

15-30% O3

5-15% O3/TiO2

20-40% O3/H2O2/TiO2

20-50% O3

10-40% O3/TiO2

30-60% O3/H2O2/TiO2

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resultados a escala de laboratorio

PESTICIDE% REDUCCIÓN % REDUCCIÓN

Agua ultrapura

Agua superficial

SalidaEDAR

Agua ultrapura

Agua superficial

SalidaEDAR

Chlorpyrifos 70 70 20 80 80 60Chlorfenvinfos 25 20 10 55 55 35

3,4-Dicloroaniline 100 100 100 100 100 100Dimethoate 55 45 15 70 60 45Simazine 75 45 25 65 50 20

Terbuthylazine 55 50 35 50 45 10Terbutryn 60 55 15 60 55 40

Metholachlor 50 50 10 70 60 20AVERAGE 61 54 31 69 63 43

TiO2/UVA TiO2/H2O2/UVA

1 g TiO2 L-1, 10 mM H2O2, 30 minNatividad MiguelTesis Doctoral 2011

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resultados a escala de laboratorio

TiO2/UVA

1 g/l TiO2 UVA-Vis 240 min

Muestra: WWTP + 45 mg/l Caffeine

Reutilización del TiO2Cafeina

Actualmente experimentos con planta piloto

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resumen de las AOTs

LUZ UVUV-LP, UV-MPH2O2/UV

�Elevado coste de instalación y operación�Elevado consumo de energía eléctrica�Frecuencia de reemplazo y limpieza de lámparas UV

OZONO

O3, O3/H2O2 �Elevado coste de instalación y operación

O3/metal homog.�Elevado coste de instalación y operación�Eliminación del metal (p. ej. Coag-floc.)�Mejor rendimiento

O3/metal heterog.�Elevado coste de instalación y operación�Menor eficacia�No es necesario eliminar metales del agua

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Resumen de las AOTs

H2O2

Fenton, foto-Fenton

�Tratamiento a pH ácido: coste elevado de acondicionamiento�Coste elevado de neutralización�Eliminación del hierro disuelto (p. ej., aumento de pH y posterior coag.-floc.)�Aprovechamiento de luz solar (foto-Fenton)

Fenton fase heterogénea

�El catalizador se separa fácilmente, puede ser recirculado

TiO2

TiO2

�Coste relativamente bajo �Necesidad de separar el catalizador�Problemas de adsorción de contaminantes

O3/TiO2

�Elevado coste de instalación y operación�Instalaciones complejas

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GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Calidad del agua reutilizable y aplicación de Procesos de Oxidación Avanzada en la

Regeneración

José Luis Ovelleiro NarviónCatedrático del Área de Tecnologías del Medio Ambiente

UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA

24 de Junio de 2015