proceso fenton
El reactivo de Fenton es una solución de peróxido de hidrógeno y un catalizador de hierro que se utiliza para oxidar contaminantes y aguas residuales. El reactivo de Fenton se puede utilizar para destruir compuestos orgánicos como tricloroetileno (TCE) y tetracloroetileno (PCE). El hierro (II) se oxida a hierro (III) mediante peróxido de hidrógeno, formando radicales hidroxilo e iones de hidróxido en el proceso. Luego, el hierro (III) se reduce nuevamente a hierro (II) mediante otra molécula de peróxido de hidrógeno, formando un radical hidroperoxilo y un protón. El efecto neto es la desproporción del peróxido de hidrógeno para producir dos especies de radicales de oxígeno diferentes y agua (H+ + OH-) como subproducto.
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO• + OH-
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HOO• + H+
Los radicales libres generados por este proceso provocan reacciones secundarias. Por ejemplo, el hidroxilo es un oxidante fuerte no selectivo. La oxidación de compuestos orgánicos por el reactivo de Fenton es rápida y exotérmica, y los contaminantes se oxidan principalmente a dióxido de carbono y agua.
Oxidación por ozono
El ozono es un agente altamente oxidante que reacciona con sustratos orgánicos ya sea mediante reacciones lentas y selectivas o mediante reacciones radicales rápidas y no selectivas que producen H2O. Se ha demostrado que la descomposición del ozono en soluciones acuosas forma HO, especialmente cuando es iniciada por OH.
Esta vía se inicia de diferentes maneras por HO2-, HCOO-, Fe2+, sustancias húmicas o principalmente HO-. Esta es la razón por la que la ozonización es, en principio, más eficiente en medios alcalinos, con un valor óptimo alrededor de pH 9. La ozonización convierte compuestos orgánicos complejos en aldehídos, cetonas o ácidos carboxílicos, todos los cuales son compuestos fácilmente biodegradables. La ozonización también se puede utilizar en combinación con otros AOP convencionales o.
Sin embargo, desde una perspectiva operativa, existen limitaciones asociadas con la transferencia de masa de ozono gas-líquido. Por lo tanto, este proceso requiere un diseño de reactor eficiente para maximizar el coeficiente de transferencia de masa del ozono. Aumente el área de la interfaz de contacto. También puede resultar eficaz instalar una gran columna de burbujeo para aumentar el tiempo de residencia en el reactor o aumentar la presión a varias atmósferas para aumentar la solubilidad del ozono.
Agregar H2O2 a un sistema de ozonización mejora la capacidad oxidante del proceso a través de reacciones secundarias. El peróxido de hidrógeno inicia la descomposición del O3 mediante transferencia de electrones.
O3 + H2O2 → H2O• + O2 + HO2•。
Este proceso es costoso pero rápido y puede tratar contaminantes orgánicos en concentraciones muy bajas (ppb) y pH 7-8. La relación molar óptima O3/H2O2 es 2:1. Una de las principales áreas de aplicación de este proceso es la degradación de pesticidas. También es eficaz para el postratamiento de agua clorada porque puede descomponer el trihalometano y compuestos relacionados.
proceso de oxidación fotoquímica
Cuando el ozono se combina con la luz ultravioleta, ocurren varios procesos. La irradiación de ozono en el agua da como resultado la formación cuantitativa de H2O2. La fotólisis del H2O2 por irradiación UV produce dos radicales hidroxilo por molécula de peróxido de hidrógeno. El reactivo también reacciona con 03.H2O2 De manera similar, el ozono también reacciona con radicales hidroxilo para formar radicales superóxido.
Dado que el ozono tiene un coeficiente de absorción más alto que el H2O2, este AOP combinado se puede utilizar para tratar agua con un fondo de alta absorción de rayos UV. La capacidad de utilizar luz UV-B (280-315 nm) evita el uso de reactores de cuarzo y la eficiencia es mayor que la de Oz o la UV directa.
Cuando se utiliza irradiación UV-C, se produce H2O• adicional mediante fotólisis de O3. y otros agentes oxidantes mejoran la eficiencia.
Proceso de Oxidación Avanzado (AOP)
En su sentido más amplio, AOP se refiere a un conjunto de procedimientos de tratamiento químico diseñados para eliminar sustancias orgánicas (y a veces inorgánicas) en agua y aguas residuales mediante oxidación mediante reacción con radicales hidroxilo (OH). Un proceso químico que utiliza ozono (O3), peróxido de hidrógeno (H2O2) y/o luz ultravioleta. Uno de esos tipos de proceso se llama oxidación química in situ.
AOP se basa en la generación in situ de radicales hidroxilo (OH) altamente reactivos. Estas especies reactivas son los agentes oxidantes más poderosos que se pueden aplicar al agua y pueden oxidar prácticamente cualquier compuesto presente en la matriz del agua. Como resultado, una vez formado, el OH reacciona de forma no selectiva y los contaminantes se fragmentan rápida y eficientemente y se convierten en pequeñas moléculas inorgánicas. Los radicales hidroxilo se generan con la ayuda de uno o más oxidantes primarios (p. ej., ozono, peróxido de hidrógeno, oxígeno) y/o fuentes de energía (p. ej., luz ultravioleta) o catalizadores (p. ej., dióxido de titanio).
Los procedimientos AOP son particularmente útiles para tratar sustancias biológicamente tóxicas o no degradables, como aromáticos, pesticidas y componentes del petróleo presentes en las aguas residuales. Además, los AOP también se pueden utilizar para tratar efluentes de aguas residuales de tratamiento secundario, denominado tratamiento terciario. Los contaminantes se convierten en gran medida en compuestos inorgánicos estables como agua, dióxido de carbono y sales. Es decir, sufren petrificación.
En general, la química de los POA se puede dividir básicamente en tres partes.
Formación de OH
Ataque inicial a la molécula objetivo por OH y su descomposición en fragmentos.
Ataques posteriores por OH hasta la petrificación final.
La ozonización, UV/H2O2 y la oxidación fotocatalítica dependen de diferentes mecanismos para la producción de OH.
UV/H202:
H2O2 + UV → 2-OH
AOP basado en ozono:
O3 + H2O – HO2 + O2
O3 + HO2 → HO2: + 03
03: + H+ – HO3.
H03. → OH + O2
Oxidación fotocatalítica con TiO2:
TiO2 + UV + e +h+
Ti(IV) + H2O = Ti(IV)-H20
Ti(IV)-H2O +h+ = Ti(IV)–OH + H+
ventaja
Los compuestos orgánicos en la fase acuosa se pueden eliminar eficazmente en lugar de recolectar o transferir contaminantes a otra fase.
Debido a la notable reactividad del OH, reacciona de manera casi indistinguible con casi todos los contaminantes acuosos. Por lo tanto, el AOP puede ser aplicable a muchos, si no a todos, escenarios en los que se espera que muchos contaminantes orgánicos se eliminen simultáneamente.
Algunos metales pesados también se pueden eliminar en forma de M(OH)x precipitado.
La desinfección también se puede lograr en algunos diseños de AOP, lo que convierte a AOP en una solución integrada a algunos de los problemas de calidad del agua.
El producto de reducción completo del OH es H2O, por lo que, en teoría, el AOP no introduce nuevas sustancias nocivas en el agua.
Contras
En particular, el costo del AOP es demasiado alto, ya que la mayoría de los sistemas AOP requieren un ingreso continuo de costosos reactivos químicos para mantener su funcionamiento.
Algunas tecnologías requieren un tratamiento previo de las aguas residuales para garantizar un rendimiento confiable, lo que puede resultar potencialmente costoso y técnicamente exigente. Por ejemplo, la presencia de iones bicarbonato (HCO3-) puede reducir significativamente la concentración de •OH debido a procesos de eliminación que producen especies mucho menos reactivas, .CO3- con H2O. Como resultado, se debe eliminar el bicarbonato del sistema o el AOP se verá comprometido.
Dados los costos potenciales, es posible que los AOP no puedan tratar grandes volúmenes de aguas residuales de forma independiente. En cambio, el AOP debería introducirse en la etapa final, después de que la mayoría de los contaminantes hayan sido eliminados mediante tratamientos primarios y secundarios.