Tratamientos de Oxidacion Avanzada I
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- 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
Transcript of Tratamientos de Oxidacion Avanzada I
- Tratamientos avanzados de oxidación- Procesos avanzados de oxidación- Radiación UV- Oxidación avanzada fotoasistida
-Procesos de desinfección O3/UV- Patógenos en agua- Desinfección mediante radiación UV- Combinación O3/UV- Datos económicos
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Procesos avanzados de oxidación (AOP)
Los procedimientos avanzados de oxidación (en inglés “Advanced oxidation processes” = 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”
Estos métodos utilizan la elevada capacidad oxidante de los radicales HO● y que diferencian entre sí en la forma en la que los generan. Están implicadas otras especies menos oxidantes como el anión superóxido (O2
●-) y su ácido conjugado, el radical hidroperóxido (HO2
●).
Potencial de oxidación
El poder de oxidación se mide con el potencial redox (V)(Elevada capacidad oxidante implica baja selectividad)
Agente oxidante Potencial de oxidación (Eo) en V*
Flúor 3.06 Radical hidroxilo (HO●) 2.80 Oxígeno (atómico) 2.42 Ozono 2.08 Peróxido de hidrógeno 1.78 Hipoclorito 1.49 Cloro 1.36 Dióxido de cloro 1.27 Oxígeno (molecular) 1.23
* pH = 0Oxi
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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:
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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: diclorodifenildicloroetilenoDDD: diclorodifenildicloroetano
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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 catalizadoresAutotérmica 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
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Características fundamentales de los AOP
Ventajas sobre otros procedimientos [convencionales] para laeliminación 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 biodegradabilidad2 – Post-tratamiento previo al vertido.
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Procesos avanzados de oxidación (AOP)O
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Desventajas de los métodos intensivos en ozono
1. Coste de la generación de ozono (descarga eléctrica)
A partir de aire 15 - 18 kWh/kg O3A partir de oxígeno 5-8 kWh/kg O3 (+ 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 intervienenen 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.
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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:
Límite para el bromato (carcinógeno potencial) en aguas de consumo (USEPA y Directiva 98/83/EC): 10 µg/L:
3 3 3,2 3, ,HO COO OBr BrO HOBr BrO BrO BrO
• −• •− − • −⎯⎯→ ⎯⎯⎯⎯→ ⎯⎯→
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.
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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
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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
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Lámparas de media presión
Presentan un espectro con múltiples picos; su eficacia en laconversión de energía eléctrica en UVC es menor (15%)
Luz visible (>380 nm)
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Resumen de características de las lámparas UVC
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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.
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Módulos para canal abierto
Fotólisis directa
La fotólisis directa implica la ruptura de enlaces A) homolítica con formación de radicales
B) Heterolítica o fotoioinización
Ejemplos: haloalcanos, aromáticos clorados, nitrofenoles ydiversos pesticidas (DDT, lindano, atrazina)
Desventajas:i) Sólo es aplicable a compuestos que absorben en el
ultravioleta (200-300 nm)ii) La eficiencia es bajaiii) Sólo degrada el compuesto absorbente y no
necesariamente sus productos de reacción
superóxido
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Fotólisis indirecta o sensitización
Algunos compuestos pueden absorber luz UV y transferirla a otras moléculas del sistema (sensitizadores)
Ejemplo: degradación de triadimenol (pesticida utilizado enviticultura) en presencia de 9,10-dicianoantraceno, que actúacomo sensitizador.
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.
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32 1
2OS h S S Oν ∗+ → ⎯⎯→ +
Rendimiento cuántico
El rendimiento cuántico indica la fracción de radiación absorbida que se utiliza para la reacción fotoquímica
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:
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.
moles que reaccionanmoles de fotones absorbidos
Φ =
15 1254 1.181 10 5 14.69 10x s
AE h N E x J Eνν−= −= ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ = ⋅
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Cinética fotoquímica
Velocidad de fotolisis de un compuesto “B” dado:
Ia: radiación absorbida por unidad de volumen y unidad de tiempoq: densidad de flujo de radiaciónµ: coeficiente de atenuación: µ = 2.303 Σ υi Ciυ: absortividad molarFB: fracción de radiación absorbida que absorbe “B”:
La velocidad global de desaparición de “B” se obtiene integrando las velocidades de reacción para todos todos los puntos del fotorreactor:
Siendo “q” en general una función de la posición en el reactor.
( )µµ µ−= −= − = Φ = Φ ⎯⎯⎯⎯⎯→Φ − −mod 1 exp( )L
a o o
LL elBB B B a B B B B oI I I e
dcr F I F q F I Ldt
B BB
i ii
CFC
υυ
=∑
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µ= = Φ∫ ∫,1 1
B B dV B B dVr r dV F q dVV V
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Tecnologías fotoquímicas de oxidación avanzada:Sistema H2O2/UV
Se basa en la generación fotoquímica de radicales mediante la fotodescomposición del peróxido de hidrógeno o de su base conjugadapara originar radicales:
( ) 1 12 2 200 300 2 18.6 254H O h nm HO M cm a nmν λ ε − −+ − → =i∼
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.
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Tecnologías fotoquímicas de oxidación avanzada:
Sistemas O3/UV y O3/H2O2/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)
Cuando se utiliza ozono y peróxido de hidrógeno, el proceso se basa en la fotolisis de ozono; el peróxido de hidrógeno se limita a generarradicales hidroxilo por reacción directa con el ozono:
( ) 13 2310 ( )O h nm O O Dν λ+ < → +
12( ) 2O D H O HO+ → i
( )3 2 2 2 2280 315O H O h nm nm H O Oν λ+ + < < → +
3 2 2 2 2O H O HO O HO•+ → + +i
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Ventajas de las tecnologías fotoquímicas1. Reduce el uso de oxidantes con los consiguientes beneficios
económicos, medioambientales y para la salud humana.2. 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.
3. Evita sistemas que implican cambios drásticos en el pH como ocurre con ozono alcalino (O3/OH -).
4. Aumenta la flexibilidad del sistema al permitir el uso de una variedad de oxidantes y condiciones de operación.
5. Reduce el consumo de energía para generar radicales hidroxilo.
Limitaciones de las tecnologías fotoquímicas 1. Sólo en algunos casos es posible utilizar los procesos fotolíticos
directos, sin añadir reactivos químicos, por lo que se limita aguasresiduales con compuestos con elevada absorción de radiación.
2. No resultan convenientes para aguas con elevada concentración de sólidos debido a la formación de “sombras”.
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AOP Nombre comercial Empresa
UV/H2O2 Calgon Perox-Pure™ and Rayox® systems
CAV-OX® Process
Hydroxyl UVP
Calgon Carbon Oxidation Technologies,Pittsburgh, USA. www.calgoncarbon.com
Magnum Water Technology, California, USA. www.magnumwater.com
Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com
UV/O3 Wedeco
Hydroxyl UVO
PCI-Wedeco Environmental Technologies, NewJersey, USA. www.pci-wedeco.info
Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com
UV/TiO2 Matrix
Air 2000™
Matrix Photocatalytic Technology Inc., Ontario, Canadá
Trojan Technologies, Canada. www.trojanuv.com
O3/H2O2 HiPOx™
Hydroxyl OP
Applied Process Technologies Inc., California, USA. www.aptwater.com
Hydroxyl Industrial Systems Inc., USA. www.hydroxyl.com
Procesos comerciales de oxidación avanzada
- Tratamientos avanzados de oxidación- Procesos avanzados de oxidación- Radiación UV- Oxidación avanzada fotoasistida
-Procesos de desinfección O3/UV- Patógenos en agua- Desinfección mediante radiación UV- Combinación O3/UV- Datos económicos
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Patógenos en aguas residualesBacterias
Escherichia coli (gastroenteritis)Leptospira interrogans (enfermedad de Weil)Salmonella spp. (salmonelosis, tifus)Shigella sonnei y otras especies (shigellosis)
ProtozoosBalantidium coli (balantidiasis)Cryptosporidium parvum (criptosporidiosis)Entamoeba histolitica (disentería amebiana)Giardia lamblia (giardiasis)
HelmintosAscaris lumbricoides (ascariasis)Taenia solium y Taenia saginata (teniasis)Trichuris trichiura (trichuriasis)
VirusDiversos enterovirus (gastroenteritis, meningitis)Virus de la hepatitis A (hepatitis A)Virus de Norwalk (gastroenteritis)Rotavirus (gastroenteritis)
Salmonella enterica
Ballantidium coli
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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 mLEnterococos………………… 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.
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Patógenos en el procesado de frutas y verdurasOrígenes (Beauchat, L.R., Ryu, J.H., Produce Handling and Processing Practices, Emerging Infectious Diseases, 3, 459, 1997)
Antes de la recolecciónMicroorganismos presentes en el sueloAgua de riego y agua utilizada como dispersante de agroquímicosAbono orgánico y otras fuentes de materia fecalInsectos y otros vectores animalesManipulación humana indadecuada
Después de la recolecciónFallos en la manipulación humana (trabajadores, consumidores)Equipos de recolección, procesado y transporteInsectos y otros vectores animales
Agua de lavado y proceso, incluyendo hieloAlmacenamiento inadecuadoContaminación cruzada
Estrategias emergentesDesinfección mediante ozono en aire y agua (GRAS-GMP)Corte mediante sistemas sin contacto (agua a presión)Envasado en atmósfera modificadaRadiación UVC combinada con otros métodosRadiación gamma (< 1 kGy)Lavado en agua electrolizada (AcEW o AlEW)Cavitación ultrasónica
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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.
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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
Guanina Tiamina Adenina Citosina
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Acción germicida de la radiación UVC
Acción germicida
Dosis
Intensidad Tiempo
Lámparas Agua Caudal Volumen
Disposición UV-C SAC-254*
Turbidez
Color
Conducción cerrada
Canal abiertoEnsuciamiento
Operación
Envejecimiento
* Spectral Absorption Coefficient a 254 nm, SAC-254 según DIN 38404 C3
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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. 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.
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
( )2 2
W s WD I t sm m
⎛ ⎞ ⎛ ⎞=⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
I: Tasa de fluencia (“intensidad de luz”)
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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)
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Cómo determinar la dosis
1. Grado de desinfección requerido en función del uso del agua2. Sólidos en Suspensión; materia orgánica, mineral y microorganismos
(SS > 30 ppm pueden requerir filtración previa o floculación)3. Transmitancia UV del agua a 254nm4. Hierro y Manganeso:
(Absorben luz UV en agua, provocan depósitos en las lámparas)
Función de inactivación (EPA):
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)
1 1 4exp
2o
d k DN N c SS m
d⎡ ⎤− +
= +⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦
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Cómo determinar la dosis
Expresión del modelo Chick-Watson
Desviaciones típicas de la cinética Chick-Watson: Reparación en oscuridad o fotorreparación: dosis umbral a la quesigue cinética Chick-Watson [Bacilus subtilis]Presencia de subpoblaciones resistentes: saturación a cierto nivel de desinfección [coliformes totales en agua residual]
logo
N k DN
⎛ ⎞= −⎜ ⎟
⎝ ⎠
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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 otrosmicroorganisms]
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)
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Cómo determinar la dosisSelección 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/SEfluente lagunas = 4X’s lámparas A/Scada 15% menos de UVT dobla la potencia de lámapara
Regla general: 4 lámparas de amalgama (LPHO)/100 m3/día para 200 CF
Armarios eléctricos
Módulos UV
Cubierta del canal (no imprescindible)
Compresor para el sistema de
limpieza
Caja de conexiones
Placa deflectora
Sistema de regulación automática del nivel de
agua en el canal
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Componentes de un sistema UVC (Instalación sencilla en canal abierto = caudal alto)
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Componentes de un sistema UVC en conducción cerrada (caudal bajo)
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Componentes de un sistema UVC1. 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
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Componentes de un sistema UVC2. 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)- Calentamiento 2-5 segundos- 3 kW y 15% de eficacia- Vida útil 1500-5000 h- 20000 €/lámpara (x 20)
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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)]
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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 controlElectrónicos- Ajuste continuo de potencia y operación a baja carga (<30%)- Más eficientes energéticamente- Disminuye la vaporización de electrodo en el arranque
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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)
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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
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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
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Ventajas de la desinfección UV1. No requiere manipulación ni almacenamiento de productos químicos2. No genera subproductos (DBP)3. No le afectas los cambios de temperatura y pH del agua4. Opera con tiempos de contacto pequeños (segundos a minutos)5. No hay riesgo de sobredosificación de desinfectante6. Bajo coste de mantenimiento
Desventajas de la desinfección UV
• Mayor coste de inmovilizado [discutible]• No deja concentración residual
de desinfectante [Agua potable]3. Ciertos microorganismos son
resistentes a la radiación [Adenovirus en agua potable]
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Combinación Ozono-UVC¿Por qué ozono?
Es un oxidante que inactiva y destruye microorganismos porque:
1. Reacciona con moléculas con alta densidad electrónica de las cápsulas, paredes celulares y membrana semipermeables de diversosorganismos y formas de resistencia, incluidas las enzimas externas y los polisacáridos de virus, esporas y quistes.
2. Actúa también sobre el material celular en el interior de la célula, dañando tanto el citoplasma como los componentes de los ácidos nucleicos.
Estas reacciones presentan cinéticas de reacción muy rápidas. La eficiencia de la desinfección depende de la sensibilidad de los microorganismos al oxidante, de la concentración de ozono y del tiempo de contacto
( )3
log Oo
N k C tN
⎛ ⎞= − −⎜ ⎟
⎝ ⎠
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Ventajas del sistema O3-UVC
1. La combinación constituye un proceso de oxidación avanzada (AOP):
2. Permite rebajar la dosis de ozono, por lo que:
i) Reduce los costes de la ozonización
Energía teórica para formación de ozono 0.835 kWh/kgO3Rendimiento típico (oxígeno): 10%
ii) Evita la formación de bromatos (límite UE y EPA: 10 µg/L):
( ) 13 2310 ( )O h nm O O Dν λ+ < → +
12( ) 2O D H O HO+ → i
( )3 2 2 2 2280 315O H O h nm nm H O Oν λ+ + < < → +
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3. Combina las eficacias desinfectantes de ozono y radiación y permitealcanzar una desinfección de amplio espectro:
- Ventaja relativa de UVC en la eliminación de virus, esporas y quistes - El ozono 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)
Ventajas del sistema O3-UVC
* Los subproductos bromados se forman en agua con un contenido importante en bromuroFuernte: Singer, 1992.
Suproductos de desinfección con ozonoAldehídos Aldo- y cetoácidos
Formaldehído Ácido pirúvicoAcetaldehído Subproductos bromados*Glioxal (Etanodial) Ion bromatoMetilglioxal Bromoformo
Ácidos Ácidos (acético) bromados
Ácido oxálico BromopicrinaÁcido succínico Acetonitrilos bromadosÁcido fórmico OtrosÁcido acético Peróxido de hidrógeno
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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].
La combinación habitual es:
Combinación O3-UVC
ClarificaciónSecundaria
y otras procedencias
Filtración Ozonización Radiación UV
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Planta de tratamiento O3-UVC
Generador de ozono
columnas de burbujeo
Analizador de ozono
Efluente filtrado EDAR
Destructor de ozono en el gas residual
Analizador ozono gas residual
Unidad UV descarga
Atmósfera
DosificaciónDe materia
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Planta de desinfección O3-UVC con ozono residual
Generador de ozono
Analizador de ozono
Influente
Analizador ozono gas residual
Unidad UV- AOP
Efluente con ozono residual
Atmósfera
DosificaciónDe materia
Des
infe
cció
n
Aplicación en acuicuitura
Sistema de recirculación de 4800 L/min diseñado para la incorporación de ozonocon el oxígeno de la unidad de LHO
Des
infe
cció
n
Sistema de tratamiento para desinfección de 400/2400 L/min en US Fishand Wildlife Service’s Northeast Fishery Center, Lamar, PA.
Aplicación en acuicuitura
De la unidad LHO
Ozono/aire
Conos Speece
Prescindible si se combina con UV
Des
infe
cció
n
Equipos para ozonización (1)
Mezclador VenturiMezclador estático
Concentrador de oxígeno (tamiz molecular)
Generador de ozono
Aire
Des
infe
cció
n
Equipos para ozonización (2)
Columna de burbujeo
Destructor de ozono
Sesor y analizador de ozono disuelto
Conos Speece
Difusor
Detector de ozono en aire
Dat
os e
conó
mic
os
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 €
TOTAL: 278500 €Costes de operación (anuales)
Mano de obra..........................................................................9000 €Energía (90 kW)....................................................................45000 €Mantenimiento.........................................................................6000 €
TOTAL: 60000 €
Coste para ozonización de un agua residual
Dat
os e
conó
mic
os
1 mgd (~150 m3/h), fuentes: EPA y FOX EngineeringCoste de capital.
Equipo [Reactor, lámparas y demás accesorios]..................90000 €Instalación e ingeniería ........................................................46000 €Contingencias (30%).............................................................41000 €
TOTAL: 177000 €Costes de operación (anuales)
Mano de obra...........................................................................9000 €Energía....................................................................................3800 €Lámparas.................................................................................2500 €Mantenimiento y limpieza........................................................1000 €
TOTAL: 16300 €
Coste para tratamiento UV de un agua residual
Dat
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conó
mic
os
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 €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
Coste de un sistema de ozonización
Dat
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conó
mic
os
Potencia de lámpara_ 19 WTasa 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/cm2
Volumen efectivo de cámara de radiación_ 3.87 LFlujo volumético_ 2 L/min (1m3/día)Tiempo de retención HRT_ 116 sDosis (I x t)_ 2.60 mW/cm2 x 116 s = 300 mW s/cm2 = 300000 µW s/cm2
Cálculo de dosis para un reactor WG-1-LV-WW
Dat
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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
G-24 60 g/hr → G-22 30 g/hr.............. -2400 €Coste anual energía (50g/h)............... -175 €/año
Cálculo de coste para sistema UV de bajo caudal
Gracias por su atención
