Degradación de contaminantes emergentes en un reactor cilíndrico parabólico compuesto (CCP) mediante fotocatálisis heterogénea solar

Abstract

RESUMEN: Actualmente existe un interés creciente por los contaminantes emergentes (CE), entre los que se encuentran los fármacos, los productos de uso personal, surfactantes, aditivos industriales, así como los subproductos de la desinfección. Se ha demostrado que estos compuestos se encuentran en el ambiente y se han detectado en fuentes de abastecimiento de aguas subterráneas e incluso en agua potable. En México, la cantidad de contaminantes persistentes respecto a los métodos convencionales de tratamiento existentes van en aumento, lo cual ha obligado a desarrollar nuevas técnicas de tratamiento para combatir el problema creciente de la contaminación del agua (Salgado Tránsito, 2011). En el presente trabajo de investigación, se determinaron las condiciones ideales de operación, respecto a flujo de alimentación y ángulo de orientación del reactor solar tipo cilíndrico parabólico compuesto (CCP), con el propósito de aumentar la degradación fotocatalítica y el grado de mineralización del naranja de metilo (NM), diclofenaco, metoprolol y de un efluente industrial. Para llevar a cabo lo anterior, se utilizó el NM como contaminante modelo a una concentración de 20 ppm y TiO2 P25 como catalizador, en dicho estudio se trabajó con los siguientes flujos de alimentación; 3, 4, 5 y 6 L/min y ángulos de orientación del reactor CCP respecto a la horizontal; de 0°, 15° 25°, 34°, 37° y 39°. Obteniendo como resultado una degradación fotocatalíca del NM en un tiempo de 240 minutos del 96%, 98.88%, 97% y 98.80% para los flujos de 3, 4, 5 y 6 L/min respectivamente. En el caso de los ángulos de orientación respecto a la horizontal; 0°, 15° 25°, 34°, 37° y 39° se obtuvo una degradación fotocatalítica del NM de 94.72%, 99.39%, 96.22%, 96.99%, 98.64% y de 94.76% respectivamente. Resultando una mejor degradación fotocatalítica para el NM a un flujo de alimentación de 4 L / min y en un ángulo de orientación de 15 ° con respecto a la horizontal. Para comprobar el proceso de degradación fotocatalítica con las condiciones ideales de operación respecto a flujo de alimentación y ángulo de orientación del reactor solar tipo CCP se realizaron pruebas de degradación fotocatalítica para el diclofenaco y el metoprolol dando como resultado una degradación del 99.19% y del 97.89% respectivamente, lo que indica que la degradación fotocatalítica mediante un reactor tipo CCP es una opción viable, económica y sustentable en el tratamiento de aguas residuales del tipo farmacéutico. Finalmente, se llevó a cabo un estudio de degradación fotocatalítica en un efluente industrial, donde se determinaron las condiciones factibles mediante pruebas de degradación solar en un sistema batch, obteniendo resultados negativos en la degradación fotocatalítica, esto se debe al hecho de que el agua residual está totalmente cruda, lo cual dificulta el proceso de degradación, ya que a través de los diferentes procesos de tratamiento hay una eliminación y/o reducción de la contaminación. ABSTRACT: There is now growing interest in emerging pollutants (EP), including pharmaceuticals, personal use products, surfactants, industrial additives, as well as disinfection by-products. These compounds have been shown to be in the environment and have been detected in groundwater sources and even in drinking water. In Mexico, the amount of persistent pollutants to conventional treatment methods is increasing, which has forced the development of new treatment techniques to combat the growing problem of water pollution (Salgado Tránsito, 2011). In this research work, the ideal operating conditions were determined, with respect to feed flow and orientation angle of the composite parabolic cylindrical type solar reactor (CCP), for the purpose of increasing the photocatalytic degradation and mineralisation degree of methyl orange (NM), diclofenac, metoprolol and an industrial effluent. To carry out the above, the NM was used as a model pollutant at a concentration of 20 ppm and TiO2 P25 as a catalyst, in this study the following feed streams were worked; 3, 4, 5 and 6 L/min and orientation angles of the CCP reactor with respect to the horizontal; from 0°, 15°, 25°, 34°, 37°and 39°. In a time of 240 minutes, a photocatalytic degradation of NM of 96%, 98.88%, 97% and 98.80% was obtained for flows of 3, 4, 5 and 6 L/min respectively. In the case of the orientation angles with respect to the horizontal; 0°, 15° 25°, 34°, 37° and 39° a photocatalytic degradation of the NM was obtained of 94.72%, 99.39%, 96.22%, 96.99%, 98.64% and 94.76%, respectively. There is better photocatalytic degradation for NM in a feed flow of 4 L / min and at an orientation angle of 15 ° with respect to the horizontal. To test the photocatalytic degradation process with the ideal operating conditions with respect to the feed flow and orientation angle of the CCP type solar reactor, Photocatalytic degradation tests were performed for diclofenac and metoprolol, obtaining a degradation of 99.19% and 97.89% respectively. Finally, a photocatalytic degradation study was carried out in an industrial effluent, where feasible conditions were determined by testing solar degradation in a batch system, obtaining negative results in photocatalytic degradation. This is due to the fact that the waste water is totally raw, which makes the degradation process difficult, since through the different treatment processes there is a removal and/or reduction of pollution.