aplicaÇÃo da radiaÇÃo solar ao tratamento de Águas e efluentes industriais

09 MAY 2008FOTOCATÁLISE SOLAR VÍTOR JORGE PAIS VILAR

APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS

R&D

TiO2

FOTOCATÁLISE

BIODEGRADABILIDADETOXICIDADE

FOTO-FENTONBIOTRATAMENTO

OPTIMIZAÇÃO

DE COMPOSTOSFOTOCATÁLISE

SOLAR

RECALCITRANTES

INVESTIGADORES: VÍTOR JORGE PAIS VILAR RUI ALFREDO DA ROCHA BOAVENTURA

FOTOCATÁLISE SOLAR VÍTOR JORGE PAIS VILAR 2

CONTEÚDOS RADIAÇÃO SOLAR PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR FOTOCATÁLISE SOLAR

– HETEROGÉNEA (TiO2)– HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON)

COLECTORES SOLARES– COLECTORES CONCENTRADORES PARABÓLICOS– COLECTORES NÃO-CONCENTRADORES– COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS

PROJECTOS– PROJECTO SOLÁGUA– PROJECTO FOTOSOLAR

CONCLUSÕES


RADIAÇÃO SOLAR EM PORTUGAL

INSOLAÇÃO MÉDIA ANUAL RADIAÇÃO GLOBAL MÉDIA ANUAL

PORTO – 2458 h; 14.7 MJ/m2 LISBOA – 2581; 16.3 MJ/m2 ÉVORA – 2732; 16.8 MJ/m2 FARO – 2974; 17.0 MJ/m2


RADIAÇÃO SOLAR NA EUROPA

PORTUGAL, A PAR DA GRÉCIA E ESPANHA, É DOS PAÍSES COM MAIOR POTENCIAL DE

APROVEITAMENTO DE ENERGIA SOLAR NA EUROPA

COM MAIS DE 2300 HORAS/ANO DE INSOLAÇÃO NA REGIÃO

NORTE E 3000 NO ALGARVE, PORTUGAL DISPÕE DE UMA

SITUAÇÃO PRIVILEGIADA PARA O APROVEITAMENTO DA

ENERGIA SOLAR


PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR

DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

RECURSOS RENOVÁVEIS

PRODUÇÃO DE ENERGIA RADIAÇÃO UV

DESTOXIFICAÇÃODE EFLUENTES

DESINFECÇÃO DE ÁGUA

DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR

DESTOXIFICAÇÃODE AR

RADIAÇÃO SOLAR 3.5% - 8%

DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA

DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR

FOTOCATÁLISE SOLAR

ÁGUAAR


PROCESSOS DE OXIDAÇÃO AVANÇADOS

H2O2/UV

H2O2/O3PROCESSOS

FOTOCATALÍTICOS

O3/UV

H2O2/O3/UV

OHTiO2/UV

Fe3+/H2O2/UV

FOTOCATÁLISE SOLAR


FOTOCATÁLISE SOLAR

UV/TiO2 heTiOhTiO 22

ad2ad2 OHTiOOHhTiO

Material Gradiente Energético (eV)

para a Formação de e-/h+ (nm)

SnO2 3.9 318 ZnS 3.7 336 ZnO 3.2 380 TiO2 3.0 390 WO3 2.8 443 CdS 2.5 497 GaP 2.3 540

Fe2O3 2.2 565 CdO 2.1 590

RESISTÊNCIA QUÍMICA

RESISTÊNCIA À FOTOCORROSÃO

SEGURANÇA NO MANUSEAMENTO

BAIXO CUSTO

< 390 nm (RADIAÇÃO SOLAR)


FOTOCATÁLISE SOLAR

HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON)

VANTAGENS VELOCIDADE DE REACÇÃO ELEVADA BARATO, REAGENTES NÃO TÓXICOS

(Fe, H2O2, ÁCIDO, BASE)

< 580 nm (RADIAÇÃO SOLAR)

DESVANTAGENS AJUSTE DO pH (2.6-2.8) REMOÇÃO DO FERRO COMPLEXOS PERSISTENTES COM O

FERRO LEVAM À PARAGEM DA REACÇÃO

UV/Fe3+/H2O2

OHOHFeOHFe 322

2

OHHFeOHFe 2h2

3 FOTO-FENTON


COLECTORES SOLARES

COLECTOR CONCENTRADOR

PARABÓLICO

COLECTOR NÃO-CONCENTRADOR


COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO

FACTOR DE CONCENTRAÇÃO = 1 (1 SOL CPC)

CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO TURBULENTO

NENHUM SISTEMA DE PROCURA SOLAR

RADIAÇÃO DIRECTA E DIFUSA

BAIXO CUSTO

INEXISTÊNCIA DE CONTAMINAÇÃO

CATALISADORES SUPORTADOS

RESISTÊNCIA ÀS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS

INEXISTÊNCIA DE SUPERAQUECIMENTO

EFICIÊNCIA ÓPTICA ELEVADA

REDIMENTO QUÂNTICO ELEVADO

VANTAGENS PRINCIPAIS:


COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS

FOTOREACTOR

RADIAÇÃO DIRECTA E DIFUSA

SUPERFÍCIE REFLECTORA



SUPERFÍCIE REFLECTORA

ELEVADA REFLECTIVIDADE NA GAMA UV

DURABILIDADE ACEITÁVEL AO AR LIVRE

CUSTO RAZOÁVEL

REACTOR FOTOCATALÍTICO

DEVE CONTER O CATALISADOR

CONFIGURAÇÃO TUBULAR

TRANSPARENTE À RADIAÇÃO UV

RESISTENTE À RADIAÇÃO UV

RESISTENTE A TEMPERATURAS MODERADAS E pH ÁCIDO

QUEDA DE PRESSÃO MÍNIMA AO LONGO DO SISTEMA

CUSTOS RAZOÁVEIS E DURABILIDADE

ALUMÍNIO ANODIZADO ELECTROPOLIDO

FILMES DE PLÁSTICO COM REVESTIMENTO DE ALUMÍNIO

FLUOROPOLÍMEROS

POLÍMEROS ACRÍLICOS

VIDRO DE BOROSSILICATO


PROJECTOS PROJECTO SOLÁGUA

– DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA POR FOTOCATÁLISE SOLAR USANDO COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS– PROJECTO FINANCIADO PELA EMPRESA ÁGUAS DO DOURO E PAIVA

PROJECTO FOTOSOLAR– DESTOXIFICAÇÃO DE EFLUENTES E PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUAS POR FOTOCATÁLISE SOLAR– PROJECTO FINANCIADO PELA EMPRESA EFACEC AMBIENTE


Desinfecção de Água por Fotocatálise SolarPROJECTO SOLÁGUA

INSTALAÇÃO PILOTO SOLÁGUA


ÁGUA LIMPA

TANQUE DE RECIRCULAÇÃO


CÉLULA FOTOVOLTAICA

RADIÓMETRO

TIO2 SUSPENSO

TIO2 IMOBILIZADOMATRIZ DE PAPEL NW10

PROJECTO SOLÁGUA


TIO2 EM SUSPENSÃO BASTANTE EFICAZ

1 kJUV/L ( 10 MIN) REDUÇÃO 4 LOG PARA

E. coli

Desinfecção de Água por Fotocatálise Solar

E. coli • [Ci] = 103 UFC/mL 2 kJ/L• [Ci] = 104 UFC/mL 4 kJ/L• [Ci] = 105 UFC/mL 7 kJ/L

Enterococcus• [Ci] = 103 UFC/mL 15 kJ/L• [Ci] = 104 UFC/mL 30 kJ/L• [Ci] = 105 UFC/mL 35 kJ/L

PROJECTO SOLÁGUAFOTÓLISE

FOTOCATÁLISE


PROJECTO FOTOSOLAR

INSTALAÇÃO PILOTO

FOTOSOLAR

RADIÓMETRO UV

COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS (4.4 m2)

QUADRO ELÉCTRICO

TANQUES DE RECIRCULAÇÃO

TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO

REACTOR DE BIOMASSA

IMOBILIZADA

TANQUE DE CONDICIONAMENTO


PROJECTO FOTOSOLAR

AJUSTE DO pH

Fe < 0.5 mg/L

SUSPENSÃO DE Fe

ADIÇÃO DE Fe

TANQUE DE SEDIMENTAÇÃOTANQUE DE

RECIRCULAÇÃO


ÁGUA RESIDUAL

MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA

CONTAMINADA

ÁGUA LIMPA

ADIÇÃO DE H2O2

ADIÇÃO DE H2SO4

pH ~ 2.8


PROJECTO FOTOSOLAR

AJUSTE DO pH

Fe < 0.5 mg/L

SUSPENSÃO DE Fe

INJECÇÃO DE ARENTRADA

DE Fe

TANQUE DE SEDIMENTAÇÃOTANQUE DE

RECIRCULAÇÃO


TANQUE DE ARMAZENAMENTO

ÁGUA LIMPA

ENTRADA DE H2O2

FOTOTRATAMENTO

EFLUENTE BIODEGRADÁVEL

TANQUE DE CONDICIONAMENTO

CONTROLO DO pH

ÁCIDO

BASE

CONTROLO DE OD

REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA

ENTRADA DE H2SO4

pH ~ 2.8


COMBINAÇÃO DA FOTOCATÁLISE SOLAR COM TRATAMENTO BIOLÓGICO

O TEMPO DE FOTOTRATAMENTO DEVE SER O SUFICIENTE PARA OBTER UMA ELEVADA EFICIÊNCIA NO TRATAMENTO BIOLÓGICO

DIMINUIÇÃO DO TEMPO DE FOTOTRATAMENTO

REDUÇÃO DA ÁREA DA INSTALAÇÃO

REDUÇÃO DOS CUSTOS

AUMENTO DA EFICIÊNCIA GLOBAL DO PROCESSO


TRATAMENTO DE LIXIVIADOS DE UM ATERRO SANITÁRIO PELA REACÇÃO FOTO-FENTON

LIXIVIADO BRUTO

LIXIVIADO BRUTO

LIXIVIADO APÓS UM DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR

LIXIVIADO APÓS MEIO DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR


TRATAMENTO DE LIXIVIADOS DE UM ATERRO SANITÁRIO PELA REACÇÃO FOTO-FENTON

0 40 80 120 160 200 240 2800

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

DOC COD

DO

C, C

OD

(mg/

L)

H2O2 consumed (mM)

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

AOS

AO

SRAD-ON

0 40 80 120 160 200 240 2800

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000 DOC

DO

C (m

g/L)

H2O2 consumed (mM)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

Polyphenols

Pol

yphe

nols

(mg

caffe

ic a

cid/

L)

RAD-ON

4

6

8

10

12

14

OUR

OU

R (m

ol O

2/(mol

C x

h))

x 10

-3

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Abs. 254 nm

Abs

orba

nce

254

nm (d

il. 1

:25)

CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO

• 70 kJUV/L

• 120 mM H2O2 CONSUMIDO

• CODFINAL = 333 mg/L

• 56% MINERALIZAÇÃO DOS LIXIVIADOS


TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA COZEDURA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON

EFLUENTE BRUTO

EFLUENTE APÓS 1 DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR

EVOLUÇÃO DA COR AO LONGO DO

FOTOTRATAMENTO

EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR


TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA COZEDURA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON

EFLUENTE BRUTO

EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR

1 TANQUE DE RECIRCULAÇÃO (300 L); 1 BOMBA DE RECIRCULAÇÃO (20 L/min)7 UNIDADES DE CPCs; 16 TUBOS DE VIDRO DE BOROSSILICATOÁREA DOS CPCs = 15.0 m2; Vt = 300 L; Vi = 110 L; Vi/Vt = 0.37; di = 30 mm


TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA INDÚSTRIA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON

0 10 20 30 400

100

200

300

400

500

600

DOCDO

C (m

g/L)

QUV (kJ/L)

0

20

40

60

80

100

H2O

2 cons. H

2O2 c

onsu

med

(mM

)

RAD-ON

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Abs 254 nm

Abs

orba

nce

254

nm (d

il. 1

:25)

0

5

10

15

20

25

30

Fe

Fe

(mg/

L)

0 50 100 150 200 2500

400

800

1200

1600

2000

2200

3

DOC

DO

C (m

g/L)

QUV (kJ/L)

1

2

0

50

100

150

200

250

300

350

400 H

2O

2 cons.

H2O

2 con

sum

ed (m

M)

RAD-ON

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

2.4

Abs 254 nm

Abs

orba

nce

254

nm (d

il. 1

:25)

0

4

8

12

16

20

24 Fe

Fe

(mg/

L)


• 15 kJUV/L


• CODFINAL = 300 mg/L (CODINICIAL = 777 mg/L)

• 49% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE LAVAGEM


• 114 kJUV/L


• CODFINAL = 1130 mg/L (CODINICIAL = 1748 mg/L)

• 48% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE

COZEDURA DA CORTIÇA


CONCLUSÕES

1

O PROCESSO FOTOCATALÍTICO APENAS FAZ SENTIDO PARA O TRATAMENTO DE POLUENTES RECALCITRANTES;

A COMBINAÇÃO DA FOTOCATÁLISE SOLAR COM O BIOTRATAMENTO PERMITE OBTER UM SISTEMA EFICIENTE E BARATO.

A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR É UM VERDADEIRO PROCESSO DE TRATAMENTO, ENQUANTO QUE OS OUTROS SÃO APENAS TECNOLOGIAS DE SEPARAÇÃO DA CONTAMINAÇÃO.

A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR APRESENTA ALGUMAS VANTAGENS: A UTILIZAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR COMO FONTE DE FOTÕES, O QUE SIGNIFICA QUE É UMA TECNOLOGIA LIMPA; O PROCESSO PODE SER HETEROGÉNEO (TiO2) OU HOMOGÉNEO (FOTO-FENTON), COM A POSSIBILIDADE DE OBTER DIFERENTES REACÇÕES QUÍMICAS E INTERACÇÕES DE SUPERFÍCIE NÃO DISPONÍVEIS EM OUTROS SISTEMAS DE TRATAMENTO; PODE OPERAR EM FASE LÍQUIDA OU GASOSA EM CONTRASTE COM OUTROS PROCESSOS, COMO A OXIDAÇÃO COM OZONO OU PERÓXIDO DE HIDROGÉNIO, OS QUAIS SÃO APLICADOS GERALMENTE EM FASE LÍQUIDA; A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR É UMA TECNOLOGIA MODULADA POSSIBILITANDO A FLEXIBILIDADE DO SISTEMA, O QUE É IMPORTANTE QUANDO SE PRETENDE TRATAR CAUDAIS MODERADOS OU BAIXOS.


AGRADECIMENTOS

SUPERVISORES− DOUTOR RUI ALFREDO DA ROCHA BOAVENTURA (LSRE-FEUP)− DOUTOR MANUEL IGNACIO MALDONADO (CIEMAT-PSA)

MEIOS DISPONIBILIZADOS E SUPORTE TÉCNICO− FEUP (FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO)− LSRE (LABORATÓRIO DE PROCESSOS DE SEPARAÇÃO E REACÇÃO)− PSA (PLATAFORMA SOLAR DE ALMERIA)− AdDP (ÁGUAS DO DOURO E PAIVA)− EFACEC AMBIENTE– FCT (FUNDAÇÃO PARA A CIÊNCIA E A TECNOLOGIA)– BOLSA DE PÓS-DOC (REF.ª SFRH/BPD/34184/2006)

aplicaÇÃo da radiaÇÃo solar ao tratamento de Águas e efluentes industriais

Documents