FOROS DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA madri+d 2008 TECNOLOGÍAS DE AGUA

Programa DETOX-H2S - CM

DESARROLLO DE UN NUEVO SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE COMPUESTOS TÓXICOS Y CORROSIVOS EN AIRE GENERADOS EN DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES Coordinador: Dr. Benigno Sánchez Cabrero CIEMAT Aplicaciones Ambientales de la Radiación Solar en Aire

Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá

DETOX-H2S – CM S-0505/AMB/0406

Participantes Grupos Participantes: CIEMAT, ICP-CSIC, ICV-CSIC y UNED CIEMAT: Departamento de Energía. Aplicaciones Ambientales de la Radiación Solar en Aire (PSA-DER) CSIC: Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) CSIC: Instituto de Cerámica y Vidrio (ICV) UNED:

Grupo de Catálisis no convencional aplicado a la Química Verde

Grupos asociados: UW:

University of Wisconsin. Environmental Chemistry & Technology Program

USCH:

Facultad de Química y Biología. Universidad de Santiago de Chile

UENF:

Grupo de pesquisa en Química Ambiental. Univ. Do Norte Fluminense. Estado de Rio. Brasil

Empresas asociadas: Degremónt: Tratamiento de aguas. Francesa TINEP:

Mejor uso y reuso de aguas. Méjico www.tinep.com

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El problema -Turismo -Agricultura -Escasez de agua

E.D.A.R Murcia - Este

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Significativo a escala local, nacional e internacional DETOX-H2S – CM S-0505/AMB/0406

El problema Generación H2S: • Elevado contenido de SO42• Velocidad del agua baja • Condiciones anaerobias • Temperatura elevada

• Colectores • Espesadores • Digestores anaerobios

VLA-ED

Reducción de los sulfatos contenidos en las aguas residuales a sulfuros bacterias del tipo "Desulphovibrio Desulfuricans", Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá

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Objetivos

OBJETIVO DEL PROGRAMA El objetivo principal de este programa es el desarrollo de un nuevo sistema de tratamiento de compuestos tóxicos y peligrosos: H2S, mercaptanos, etc., emitidos al aire en plantas de tratamiento de aguas residuales y responsables de los malos olores que provocan la baja aceptación social de este tipo de instalaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA - Desarrollar un sistema de tratamiento fotocatalítico activado por radiación solar o

lámparas UVA que muestre su operatividad trabajando en condiciones reales de proceso. - Desarrollar un sistema de tratamiento mediante adsorción que permita retener y/o tratar los mismos caudales en las mismas condiciones de proceso. - A partir de ambos sistemas y, en función de los resultados, desarrollar un nuevo sistema mixto fotocatálisis-adsorción, que permita potenciar la actividad que ambos presenten por separado. Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá

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Cronograma y situación actual PLAN DE ACTIVIDADES DEL PROGRAMA: En rojo las realizadas hasta el 30-12-2007 ACTIVIDADES 1.1 BIBLIOGRAFÍA. Búsqueda, recopilación y análisis 1.2 Evaluación continuada concentraciones de gases en planta Hito 1: Selección inicial de materiales y condiciones de operación 2.1 Preparación de 1as muestras adsorbentes conformados as 2.2 Preparación de 1 muestras fotocatalizadores catalizadores soportados 2.3 Evaluación de capacidad de adsorción y regeneración de materiales base 2.4 Evaluación de la actividad fotocatalítica laboratorio 1as muestras 2.5 Caracterización muestras adsorbentes. Propiedades intrínsecas de los materiales 2.6 Caracterización muestras fotocatalizadores. Prop. intrínsecas de los materiales Hito 2: Selección de los adsorbentes y catalizadores más prometedores 3.2 Preparación de fotocatalizadores dopados 3.3 Evaluación curvas de adsorción en dinámico y condiciones regeneración. 3.4 Evaluación fotocatalítica de los fotocatalizadores soportados 3.5 Caracterización muestras de adsorbentes modificados. 3.6 Caracterización muestras de fotocatalizadores modificados. Hito 3: Selección de adsorbentes y catalizadores 2ª generación. 4.1 Preparación de adsorbentes para ensayos en condiciones reales 4.2 Preparación de fotocatalizadores para ensayos en condiciones reales 4.3.Evaluación de actividad adsorbentes y protocolo regeneración condiciones reales. 4.4.Tests fotocatalíticos en condiciones reales 4.5 Caracterización muestras de adsorbentes usados en condiciones reales. 4.6 Caracterización muestras de fotocatalizadores usados en condiciones reales. Hito 4: Determinación de resultados en condiciones reales individualizados para fotocatálisis y adsorción. 5.1 Diseño y construcción de un prototipo de adsorbedor en planta 5.2 Diseño y construcción de un prototipo de foto-reactor en planta 5.3. Diseño del sistema integrado en planta 5.4. Montaje y puesta a punto del sistema integrado en planta Hito 5: Diseño, construcción y montaje de prototipo con sistemas

integrados 6.1 Ensayo del prototipo integrado en condiciones reales. Ensayo de vida 6.2 Caracterización muestras de adsorbentes usados en sistema integral. 6.3 Caracterización muestras de fotocatalizadores usados en sistema integral. 6.4 Estudio preliminar de factibilidad técnico-económica Hito 6: Informe final Reuniones de coordinación: Ο Parciales , X Completas

Grupo Ejecutor1

Primer año

Segundo año

Tercer año

Cuarto año

Todos CIEMAT, AF Todos ICP CIEMAT, ICV, UM, UENF ICP CIEMAT, UM, UENF UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP y USACH ICV, CIEMAT, UM, UENF Todos ICP ICV, CIEMAT, UM, UENF ICP CIEMAT, UM, UENF UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP, USACH ICV, CIEMAT, UM, ICP, USACH y UENF Todos ICP ICV, CIEMAT ICP, AF CIEMAT, AF UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP y USACH ICV, UNED, CIEMAT UM, ICP y USACH Todos ICP, CIEMAT AF CIEMAT, UM, ICP y AF CIEMAT, ICP, UM y AF CIEMAT, ICP, AF Todos CIEMAT, ICP, AF UNED, ICV, ICP, CIEMAT UM y USACH ICV, UNED, ICP, CIEMAT UM y USACH Todos Todos X Ο Ο X Ο Ο Ο X Ο Ο Ο X Ο X Ο X Todos

Evaluación capacidad de adsorción y regeneración Adsorbentes conformados

Flexibilidad conformación: • Placas •Cilindros •Gránulos •Monolitos Enlace a escala industrial: • Lecho semejante • Tiempo de contacto flexible • Velocidad lineal adaptable

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Evaluación capacidad de adsorción y regeneración 14 13.27

Modified adsorbents

Activated Carbons

Zeolites

Zirconia

Titanias

Sepiolite

10

mg H2S/gram adsorbent

Aluminas

12

9.70

8 7.42 7.10 6.64 6 4.95 4.15

4.12 4 3.60

3.65

4.80 4.03

3.52 3.09 2.51 2.13

2.48 2.01

2.76 2.38

2.47

2.30

2.42

2 1.26

1.22 0.92 0.01

0.70

1.08

0.76 0.27

0.01

0.08

0.00

0.00 0.00

H 2S -0 1 H 2S -0 3 H 2S -0 5 H 2S -0 7 H 2S -0 9 H 2S -1 1 H 2S -1 3 H 2S -1 5 H 2S -1 7 H 2S -1 9 H 2S -2 1 H 2S -2 3 H 2S -2 5 H 2S -2 7 H 2S -2 9 H 2S -3 1 H 2S -3 3 H 2S -3 5 H 2S -3 7 H 2S -3 9 H 2S -4 1 H 2S -4 3 H 2S -4 5 H 2S -4 7

0

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Evaluación capacidad de adsorción

ppm H 2 S

2000 1800

Comerciál, 16

1600

H2S-46, 41

1400

H2S-48, 75

1200

H2S-49, 86

1000

H2S-50, 23

800 600 400 200 0 10

100

1000

Time/Minutes

Condiciones de operación: Temp: 25ºC, Q: 100 ml/min, [H2S]0 : 9000 ppm, HR: 100%, Peso adsorbente: 10 g Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá

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Diseño y construcción de un prototipo de adsorbedor en planta

Gas contaminado

Gas limpio

Bandejas rellenas de gránulos de carbón activado

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Diseño y construcción de un prototipo de adsorbedor en planta

Gas contaminado

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Gas limpio

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Selección de materiales y preparación de 1as muestras de fotocatalizadores y fotocatalizadores soportados

Anillos vidrio •Iluminación eficiente •Buena adherencia •Resistente a T y UVA

•Alta ΔP •Caro •Caminos preferenciales

Sepiolita •Adsorbente •Barato •Baja ΔP (monolito)

•Dificultad de Iluminación •Contacto ineficiente (placa)

Monolitos plásticos •Iluminación eficiente •Barato, comercial, ligero •Baja ΔP

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•Poca resistencia a T •Fotooxidación •Adherencia pobre

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Selección de materiales y preparación de 1as muestras de fotocatalizadores y fotocatalizadores soportados Evitar el uso de catalizadores en polvo 100 Propiedades deseables del soporte:

80

T (% )

• resistir entorno oxidante • bajas pérdidas de carga • adherencia del semiconductor • resistencia mecánica • transparencia a radiación UVA • favorecer el contacto contaminante/catalizador • favorecer la adsorción

CA Vidrio

PET

60 PET PET-3TiO2 C.Acetate C.Acetate-3TiO2 Glass Glass-3TiO2

40 20

0 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 λ (nm) Transmitancia en la región de actividad fotocatalítica del vidrio borosilicatado (marrón), del PET (naranja) y del acetato de celulosa (verde), antes (continuo) y después (trazos) de su recubrimiento con 3 capas de TiO2. Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá

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Evaluación de actividad fotocatalítica laboratorio 1as muestras

Efecto de la humedad relativa sobre la eficiencia y aspecto de los fotocatalizadores

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Diseño y construcción de un primer prototipo de fotorreactor en planta (PROFIT 2002 EMUASAEMUASA-CIEMAT FITFIT-140100140100-20022002-84) Flujo en convección natural

Sombrerete de aspiración

Toma de muestra Lecho de anillos

Toma de muestra

Retención de condensados

Eliminación de condensados

Eliminación de condensados

Pozo de fango primario

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Diseño y construcción de un nuevo prototipo de fotorreactor hibrido solar/lámpara

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Conclusiones • Se han desarrollado nuevos adsorbentes con capacidad de adsorción mucho mayor que los comerciales. Se ha definido un protocolo de regeneración sencillo y eficaz. • Se están preparando dos prototipos –Adsorción y fotocatálisis- para su instalación en planta en los próximos meses. Comienzo de ensayos de demostración. • SO42- se acumula en los fotocatalizadores, desactivándolos. Sin embargo, la regeneración mediante lavado con agua es posible, recuperándose prácticamente la actividad inicial. • Los adsorbentes (reactivos) retienen el H2S transformandolo en SO42- y se regeneran por lavado con disoluciones alcalinas • La eficiencia fotocatalítica depende fuertemente de la presencia de vapor de agua. 20% de HR es el valor óptimo, a HR mayores la competencia por los sitios activos es dominante. • La combinación con adsorción puede impedir la salida de SO2 y el funcionamiento en la oscuridad.

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Más información página Web http://www.ciemat.es/portal.do?IDM=325&NM=4

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