Construcción de un reactor cilíndrico parabólico (CCP) para el aprovechamiento de la energía solar en la fotodegradación de contaminantes emergentes

Abstract

RESUMEN: En México, la cantidad de contaminantes persistentes a los métodos convencionales de tratamiento van en aumento, esto ha obligado a desarrollar nuevas técnicas de tratamiento para combatir el problema creciente de la contaminación del agua (Salgado Tránsito, 2011). Una de las alternativas más novedosas para el tratamiento de la contaminación del agua son los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) los cuales consisten en la producción de especies de alto poder oxidante los cuales son capaces de degradar la materia orgánica. Durante este proyecto se presentará el desarrollo, diseño, fabricación y puesta en marcha de un CCP para el aprovechamiento de la radiación solar en la fotodegradación de contaminantes emergentes por fotocatálisis heterogénea solar mediada con TiO2 (Degussa P25). Dicho reactor CCP se construyó a escala piloto cuya área irradiada es de 0.69 m y cuyo volumen iluminado del reactor es equivalente a 3.42L; así mismo está integrado por seis colectores solares de acero inoxidable calibre 22 con acabado espejo y seis tubos absorbedores de cuarzo de 93 cm de longitud; finalmente las dimensiones del reactor sin contar la estructura que soporta al mismo son de 120 x 80 x 8.5cm. Con el propósito de evaluar el desempeño del reactor CCP, se realizó el proceso de degradación fotocatalítica heterogénea solar (FHS) mediada con TiO2 P25 para lo cual se utilizó el naranja de metilo (NM) como contaminante modelo a una concentración de 20 ppm y para medir la degradación de éste se utilizó un espectrofotómetro a 465 nm; el reactor se operó en un horario de 9:00 am a 15:00 pm a 22° respecto a la horizontal con orientación al Sur. Finalmente, para enriquecer aún más el proyecto, se llevó a cabo un estudio de la degradación por medio del cual se analizó el comportamiento de la velocidad de degradación del NM a flujos de 6, 9 y 14 L/min en función del tiempo de exposición y la radiación solar acumulada; obteniendo como resultado que en cuanto al tiempo de degradación valores de 6, 9 y 14 L/min degradan 98, 94 y 88% del contaminante modelo en 4, 5 y 5.3 h respectivamente. Mientras que, desde el punto de vista energético, el comportamiento de la tendencia es igual en cada uno de los flujos utilizados destacando que para un flujo de 6, 9 y 14 L/min se necesita una radiación acumulada de 672.15, 890.12 y 969.10 KJ/m2 para degradar el NM en un 98, 94 y 88 % respectivamente.

ABSTRACT: In Mexico, the amount of persistent pollutants to conventional treatment methods is increasing, this has forced the development of new treatment techniques to combat the growing problem of water pollution (Salgado Tránsito, 2011). One of the most innovative alternatives for the treatment of water pollution are the Advanced Oxidation Processes (POA) which consist of the production of species with high oxidizing power which are capable of degrading organic matter. During this project, the development, design, manufacture and commissioning of a CCP will be presented for the use of solar radiation in the photodegradation of emerging pollutants by heterogeneous photocatalysis mediated with TiO2 (Degussa P25). The CCP reactor was built on a pilot scale, whose irradiated area is 0.69 m2 and whose illuminated volume of the reactor is equivalent to 3.42L; likewise, it is made up of six 22 gauge stainless steel solar collectors with a mirror finish and six 93 cm long quartz absorber tubes; finally the dimensions of the reactor without counting the structure that supports it are 120 x 80 x 8.5cm. In order to evaluate the performance of the CCP reactor, the solar heterogeneous photocatalytic degradation process (FHS) mediated with TiO2 P25 was carried out, for which methyl orange (NM) was used as a model pollutant at a concentration of 20 ppm and to measure the degradation of this was used a spectrophotometer at 465 nm; The reactor was operated from 9:00 am to 3:00 pm at 22 ° from the horizontal with orientation to the South. Finally, to complement the project, a degradation study was carried out by means of which the behavior of the degradation rate of the NM was analyzed at flows of 6, 9 and 14 L / min as a function of the exposure time and accumulated solar radiation; Obtaining as a result that regarding the degradation time values of 6, 9 and 14 L / min degrade 98, 94 and 88% of the model pollutant in 4, 5 and 5.3 h respectively. While from the energy point of view, the behavior of the trend is the same in each of the flows used, highlighting that for a flow of 6, 9 and 14 L / min a cumulative radiation of 672.15, 890.12 and 969.10 KJ / min is needed. m2 to degrade the NM by 98, 94 and 88% respectively. iv. Key words: Methyl orange (NM), solar heterogeneous photocatalytic degradation process (FHS), cumulative radiation.