Reacción de foto-Fenton solar. Procesos térmicos y fotoquímicos combinados para la descontaminación de aguas

Abstract

En la presente Tesis se analiza el efecto de la temperatura y la concentración de hierro en la degradación Fenton y foto-Fenton de un contaminante modelo. Con el propósito de evitar la precipitación del hierro se empleó un diseño experimental D-optimal que prescinde de los experimentos con altas concentraciones de hierro y elevadas temperaturas. En los ensayos irradiados a elevadas temperaturas se destruyó el contaminante aún cuando se usó la menor concentración de hierro. Se construyó un reactor escala planta piloto. Este dispositivo emplea de manera integrada la energía solar fotoquímica y térmica, lo que representa una característica distintiva respecto a los fotorreactores conocidos. También, se desarrolló un programa computacional que resuelve los balances de materia y energía térmica y la ecuación de energía radiativa para este fotorreactor. Finalmente, se presenta un modelo cinético para la degradación del ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D). Dicho modelo se empleó para estimar la degradación del herbicida en el reactor solar. Se logró una buena descripción de los datos experimentales de las concentraciones de 2,4-D, 2,4-diclorofenol (DCP), el producto intermediario principal y peróxido de hidrógeno. En todos los experimentos solares se obtuvo la degradación total del herbicida y de DCP a los 60 min de reacción. Se determinó un incremento de 144,2% en el rendimiento solar a los 30 min respecto al tratamiento Fenton con iguales condiciones de operación. La descontaminación foto-Fenton fue efectiva en la destrucción del herbicida al combinar la radiación solar térmica y fotoquímica en el fotorreactor propuesto en esta Tesis.

In the present Thesis, the temperature and ferrum concentration effect on the Fenton and Photo-Fenton degradation of a model compound is analized. In order to avoid ferrum precipitation, a D-optimal experimental design was employed, which prevents experiments at high temperatures and ferrum concentrations. The pollutant was destroyed in irradiated runs at high temperature, even at the lowest ferrum concentration. A solar pilot-plant scale reactor was built. This device uses the photochemical and thermal solar energy in an integrated way, which represents a quality different from all well-known photoreactors. Also, a computational program was developed, which calculates mass and thermal energy balances and the radiative energy equation for this photorreactor Finally, a Fenton and Photo-Fenton degradation kinectic model of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) is presented. This model was used to predict the herbicide degradation in the solar pilot-plant scale reactor. As a result, a good description of experimental data of 2,4-D, 2,4-dichlorophenol (DCP), its main intermediate product, and hydrogen peroxide concentrations were obtained. In all solar experiments, the complete degradation of the herbicide and DCP was achieved after 60 min of reaction. An increase of 144,2% in solar degradation rate was observed after 30 min, related to Fenton treatment under equivalent operation conditions. The photo-Fenton detoxification was effective in destroying pollutants when thermal and photochemical solar radiation effects were combined in the photoreactor proposed in this Thesis.