Aplicación en régimen continuo de la tecnología de Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda para la producción de agua potable

Abstract

os Procesos de Oxidación Avanzada (AOP) son muy eficientes en la degradación del contenido orgánico disuelto en el agua; sin embargo, su potencial para mejorar las plantas de tratamiento de agua potable se ha estudiado solo marginalmente. En este trabajo se evaluó la viabilidad de aplicación de la Peroxidación Catalítica en Fase Húmeda (PCFH) para la eliminación de Materia Orgánica Natural (MON) utilizando un modelo sintético en presencia de un catalizador Al/Fe-PILC. El proceso se optimizó mediante la maximización simultánea de la eficiencia de mineralización de COT y de reacción de H2O2 bajo características fisicoquímicas variables del afluente en tres tipos de reactores de flujo continuo: reactor slurry, lecho fijo y lecho fluidizado. Para la optimización se ejecutaron diseños experimental estadísticos tipo central compuesto, ortogonal y rotable para cada reactor; el análisis vía superficies de respuesta teniendo como factores dosis de H2O2 y carga de catalizador. Las máximas eficiencias de mineralización de MON y de reacción de H2O2 obtenidas en reactor slurry fueron 37 % y 60 %, respectivamente, lecho fijo (24,3 % y 51,2 %) y lecho fluidizado (46,2 % y 57,6 %). Con los resultados de optimización, las eficiencias de mineralización, costos de instalación y de operación, se logró definir el tipo de reactor más apropiado para adaptar la PCFH a las necesidades de potabilización en una posterior etapa de escalamiento. Se encontró que el reactor de lecho fluidizado es el más eficiente para la aplicación de la tecnología PCFH en una mayor escala

Abstract: Advanced oxidation Processes are able to efficiently remove the organic matter dissolved in water; however, their potential as a feasible process in drinking water treatment plants has been only marginally studied. Thus, this project assessed the feasibility of application of the Catalytic Wet Peroxide Oxidation (CWPO) in the elimination of Natural Organic Matter (MON) from a synthetic model surrogate in the presence of an Al/Fe-PILC catalyst. The process was optimized by means of simultaneous maximization of both COT mineralization performance and fraction of reacted hydrogen peroxide under variable inffluent physicochemical features in three different types of continuous flow reactors, namely slurry, fixed bed and fluidized bed. An ortogonal, rotatable, central composite statistic experimental design of experiments was executed for each reactor, which was then analyzed by Response Surface Methodology (RSM) taking into account two main variables: hydrogen peroxide dose and catalyst amount. As a result, efficiencies of MON mineralization and reacted hydrogen peroxide fractions reached 37 % and 60 % respectively, for the slurry reactor, 24.3 % and 51.2 % for the fixed bed reactor and 46.2 % and 57.6 % in the fluidized bed reactor. By accounting such optimal parameters together with mineralization efficiencies, installation and operational costs, it was achieved to define most feasible continuous flow reactor for adapting CWPO to the requirements of drinking water treatment plants supporting a forthcoming scaling-up process. The fluidized bed reactor was found to be the most promising for the CWPO application at big scale in drinking water treatment under continuous flow.