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DETOX-H2S – CM S-0505/AMB/0406

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

Programa DETOX-H2 S - 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 CabreroCIEMAT

Aplicaciones Ambientales de la Radiación Solar en Aire

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

Grupos Participantes: CIEMAT, ICP-CSIC, ICV-CSIC y UNEDCIEMAT: 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

Jornada Ciencia-Empresa 6 de marzo de 2008 Universidad de Alcalá DETOX-H2S – CM S-0505/AMB/0406

ParticipantesParticipantes

El problemaEl problema

E.D.A.R Murcia - Este


Significativo a escala local, nacional e internacional

-Turismo-Agricultura-Escasez de agua

http://www.worldatlas.com/webimage/world/flat.htm


Generación H2 S:• Elevado contenido de SO4

2-

• Velocidad del agua baja• Condiciones anaerobias• Temperatura elevada

VLA-ED

• Colectores• Espesadores• Digestores anaerobios

El problemaEl problema

Reducción de los sulfatoscontenidos en las aguas residuales a sulfuros

bacterias del tipo "Desulphovibrio Desulfuricans",

BREVE DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA

OBJETIVO 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.

El objetivo principal de este programa es el desarrollo de un nuevo sistema de tratamiento de compuestos tóxicos y peligrosos: H2 S, 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.


ObjetivosObjetivos

Cronograma y situaciCronograma y situacióón actualn actual

ACTIVIDADES

Grupo Ejecutor1 Primer

año

Segundo

año Tercer

año

Cuarto

año 1.1 BIBLIOGRAFÍA. Búsqueda, recopilación y análisis Todos 1.2 Evaluación continuada concentraciones de gases en planta CIEMAT, AF Hito 1: Selección inicial de materiales y condiciones de operación Todos 2.1 Preparación de 1as muestras adsorbentes conformados ICP 2.2 Preparación de 1as muestras fotocatalizadores catalizadores soportados CIEMAT, ICV, UM, UENF 2.3 Evaluación de capacidad de adsorción y regeneración de materiales base ICP 2.4 Evaluación de la actividad fotocatalítica laboratorio 1as muestras CIEMAT, UM, UENF 2.5 Caracterización muestras adsorbentes. Propiedades intrínsecas de los materiales UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP y USACH 2.6 Caracterización muestras fotocatalizadores. Prop. intrínsecas de los materiales ICV, CIEMAT, UM, UENF Hito 2: Selección de los adsorbentes y catalizadores más prometedores Todos

ICP 3.2 Preparación de fotocatalizadores dopados ICV, CIEMAT, UM, UENF 3.3 Evaluación curvas de adsorción en dinámico y condiciones regeneración. ICP 3.4 Evaluación fotocatalítica de los fotocatalizadores soportados CIEMAT, UM, UENF 3.5 Caracterización muestras de adsorbentes modificados. UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP, USACH 3.6 Caracterización muestras de fotocatalizadores modificados. ICV, CIEMAT, UM, ICP, USACH y UENF Hito 3: Selección de adsorbentes y catalizadores 2ª generación. Todos 4.1 Preparación de adsorbentes para ensayos en condiciones reales ICP 4.2 Preparación de fotocatalizadores para ensayos en condiciones reales ICV, CIEMAT 4.3.Evaluación de actividad adsorbentes y protocolo regeneración condiciones reales. ICP, AF 4.4.Tests fotocatalíticos en condiciones reales CIEMAT, AF 4.5 Caracterización muestras de adsorbentes usados en condiciones reales. UNED, ICV, CIEMAT UM, ICP y USACH 4.6 Caracterización muestras de fotocatalizadores usados en condiciones reales. ICV, UNED, CIEMAT UM, ICP y USACH Hito 4: Determinación de resultados en condiciones reales

individualizados para fotocatálisis y adsorción. Todos

5.1 Diseño y construcción de un prototipo de adsorbedor en planta ICP, CIEMAT AF 5.2 Diseño y construcción de un prototipo de foto-reactor en planta CIEMAT, UM, ICP y AF 5.3. Diseño del sistema integrado en planta CIEMAT, ICP, UM y AF 5.4. Montaje y puesta a punto del sistema integrado en planta CIEMAT, ICP, AF Hito 5: Diseño, construcción y montaje de prototipo con sistemas

integrados Todos

6.1 Ensayo del prototipo integrado en condiciones reales. Ensayo de vida CIEMAT, ICP, AF 6.2 Caracterización muestras de adsorbentes usados en sistema integral. UNED, ICV, ICP, CIEMAT UM y USACH 6.3 Caracterización muestras de fotocatalizadores usados en sistema integral. ICV, UNED, ICP, CIEMAT UM y USACH 6.4 Estudio preliminar de factibilidad técnico-económica Todos Hito 6: Informe final Todos Reuniones de coordinación: Ο Parciales , X Completas Todos X Ο Ο X Ο Ο Ο X Ο Ο Ο X Ο X Ο X

PLAN DE ACTIVIDADES DEL PROGRAMA: En rojo las realizadas hasta el 30-12-2007

Flexibilidad conformación:• Placas•Cilindros•Gránulos•Monolitos

Enlace a escala industrial:• Lecho semejante• Tiempo de contacto flexible• Velocidad lineal adaptable

EvaluaciEvaluacióónn

capacidadcapacidad

de adsorcide adsorcióón y n y regeneraciregeneracióónnAdsorbentesAdsorbentes

conformadosconformados


DETOX-H2S – CM S-0505/AMB/0406


capacidadcapacidad

de adsorcide adsorcióón y n y regeneraciregeneracióónn

3.60

2.01

0.01

1.22

3.65

0.92

2.48

4.12

0.70

2.512.13

0.76

2.76

0.27

3.52

4.15

1.26

2.38 2.47 2.30

0.01

3.09

2.42

0.08

4.95

13.27

7.42

6.64

9.70

7.10

0.00

4.03

1.08

4.80

0.000.000

2

4

6

8

10

12

14

H2S-0

1H2S

-03

H2S-0

5H2S

-07

H2S-0

9H2S

-11

H2S-1

3H2S

-15

H2S-1

7H2S

-19

H2S-2

1H2S

-23

H2S-2

5H2S

-27

H2S-2

9H2S

-31

H2S-3

3H2S

-35

H2S-3

7H2S

-39

H2S-4

1H2S

-43

H2S-4

5H2S

-47

mg

H2S

/gra

m a

dsor

bent

Sepi

olite

Alum

inas

Tita

nias

Zeol

ites

Zirc

onia

Activ

ated

Car

bons

Mod

ified

ads

orbe

nts



capacidadcapacidad

de adsorcide adsorcióónn


0200400600800

100012001400160018002000

10 100 1000Time/Minutes

ppm

H2S

Comerciál, 16

H2S-46, 41

H2S-48, 75

H2S-49, 86

H2S-50, 23

Condiciones de operación:Temp: 25ºC, Q: 100 ml/min, [H2 S]0 : 9000 ppm, HR: 100%, Peso adsorbente: 10 g


DiseDiseñño y construccio y construccióón de un prototipo de n de un prototipo de adsorbedoradsorbedor

en plantaen planta

Gas contaminado Gas limpio

Bandejas rellenas de gránulos de carbón activado


DiseDiseñño y construccio y construccióón de un prototipo de n de un prototipo de adsorbedoradsorbedor

en plantaen planta

Gas contaminado Gas limpio

SelecciSeleccióón de materiales y preparacin de materiales y preparacióón de 1n de 1asas

muestras de muestras de

fotocatalizadoresfotocatalizadores

y y fotocatalizadoresfotocatalizadores

soportadossoportados

•Adsorbente•Barato•Baja ΔP (monolito)

•Dificultad de Iluminación•Contacto ineficiente (placa)

Sepiolita

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

•Alta ΔP•Caro•Caminos preferenciales

Anillos vidrio

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

•Poca resistencia a T •Fotooxidación•Adherencia pobre

Monolitos plásticos



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 .

SelecciSeleccióón de materiales y preparacin de materiales y preparacióón de 1n de 1asas

muestras de muestras de

fotocatalizadoresfotocatalizadores

y y fotocatalizadoresfotocatalizadores

soportadossoportados

Propiedades deseables del soporte:

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

Evitar el uso de catalizadores en polvo

0

20

40

60

80

100

260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460

λ (nm)

T (%

)

PETPET-3TiC.AcetateC.Acetate-3TiGlassGlass-3Ti

O2

O2

O2

0

20

40

60

80

100

260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460

λ (nm)

T (%

)

PETPET-3TiC.AcetateC.Acetate-3TiGlassGlass-3Ti

O2

O2

O2

PET

CA

Vidrio


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

EvaluaciEvaluacióón de actividad fotocataln de actividad fotocatalíítica laboratorio 1tica laboratorio 1asas

muestrasmuestras


DiseDiseñño y construccio y construccióón de un primer prototipo de fotorreactor n de un primer prototipo de fotorreactor en plantaen planta

(PROFIT 2002 EMUASA(PROFIT 2002 EMUASA--CIEMAT FITCIEMAT FIT--140100140100--20022002--84)84)

Eliminación decondensados

Retención de condensados

Sombrerete de aspiración

Lecho de anillos

Toma de muestra

Toma de muestra

Flujo en convección natural

Pozo de fango primario

Eliminación decondensados


DiseDiseñño y construccio y construccióón de un nuevo prototipo de fotorreactor n de un nuevo prototipo de fotorreactor hibrido solar/lhibrido solar/láámparampara

• 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 H2 S 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.


ConclusionesConclusiones


MMáás informacis informacióón pn páágina Webgina Web

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

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