Tecnología LED para el tratamiento de aguas residuales

Proyecto FOTOGRAFENO

DISEÑO DE UN REACTOR CATALÍTICO DE ALTA EFICIENCIA BASADO EN GRAFENO Y ÓXIDOS FOTOCATALÍTICOS DOPADOS PARA EL TRATAMIENTO DE CONTAMINANTES REFRACTARIOS EN AGUAS

En Junio del año 2020 acaba el proyecto FOTOGRAFENO, dentro de la convocatoria “Ayudas dirigidas a centros tecnológicos CV para proyectos de I+D en cooperación con empresas 2019”.

El proyecto está financiado por la Generalitat Valenciana a través del Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial y de la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional.

AIDIMME junto al centro tecnológico AIJU colaboran en el desarrollo del proyecto FOTOGRAFENO, siendo AIDIMME el coordinador.

En el proyecto FOTOGRAFENO se ha diseñado y fabricado un prototipo de reactor fotocatalítico modular, de tal forma que se pueda adaptar la capacidad de tratamiento (volumen de tratamiento) a las necesidades de tratamiento del efluente. Como fuente de emisión se han empleado tiras LED con una emisión de UV-A. Los LEDs son fuentes de emisión más eficientes (menor consumo) que los tubos de emisión tradicionales. Por otra parte, la irradiancia que se puede conseguir (W/m2) es mucho mayor que en el caso de las fuentes de emisión tradicionales, con lo que se pueden acelerar los procesos fotocatalíticos y las reacciones.

Como catalizador se ha empleado un fotocatalizador de ZnO modificado con óxido de grafeno reducido. La luz UV, al irradiar el fotocatalizador, consigue generar un par electrón/hueco. El electrón y el hueco son especies reactivas que generan especies oxidantes como el radical hidroxilo (OH•), que presenta un alto poder oxidante y consigue degradar la materia orgánica presente en disolución. Sin embargo, la recombinación del par electrón/hueco es un proceso muy rápido que hace que no se generen las especies oxidantes y por tanto la eficiencia del proceso fotocatalítico disminuye.

El papel del óxido de grafeno reducido es deslocalizar el electrón (conducirlo a otra zona de la superficie del óxido de grafeno reducido), de forma que no se puede recombinar con el hueco y por tanto la eficiencia del proceso fotocatalítico aumenta. El prototipo de reactor fotocatalítico desarrollado se ha empleado en la degradación de aguas contaminadas de varios sectores industriales: cartonaje, químicos, procesado de metales y tratamiento de aguas residuales.

En la fase demostrativa, la tarea de AIDIMME se ha centrado en el sector del tratamiento de aguas residuales y en concreto en el tratamiento de contaminantes emergentes como pesticidas y fármacos. Este tipo de contaminantes son difíciles de eliminar mediante los métodos tradicionales empleados en una EDAR. Se han realizado pruebas de degradación de pesticidas (como el diuron y clorpirifós) y de fármacos como la carbamazepina.

En la Figura 1 se muestra la cinética de degradación de una disolución de 5 L de diuron empleando un único módulo del reactor como el que se muestra en la Figura 2, donde se muestra el mismo en funcionamiento. La concentración de los diferentes contaminantes emergentes ha sido realizada principalmente mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

Se está ultimando la puesta en marcha de un reactor con 6 módulos para aumentar la capacidad de tratamiento del sistema. En la Figura 3 se muestra una foto donde se puede apreciar el diseño modular del sistema. Este diseño modular permite adaptar el prototipo para tratar diferentes volúmenes, dependiendo de las necesidades de tratamiento.

Figura 1. Cinética de degradación de un volumen de agua de 5 L con una concentración inicial de 15 mg/l de diuron.
Figura 2. Fotografía en funcionamiento de un módulo del reactor fotocatalítico desarrollado en el proyecto Fotografeno.
Figura 3. Fotografía del montaje del reactor multimodular.

Finalmente, se están realizando ensayos con muestras provenientes de EDARs y que han sido aportadas por las diferentes empresas colaboradoras en el proyecto.

Aplicación

El reactor fotocatalítico basado en tecnología LED se está empleando en la degradación de aguas industriales contaminadas provenientes de diferentes sectores industriales: cartonaje, químico, procesado de metales y tratamiento de aguas residuales. Diferentes empresas del tejido industrial valenciano colaboran en el proyecto. 


El proyecto cuenta con la financiación del Instituto Valenciano de Competitividad (IVACE) a través de los Fondos Europeos FEDER de Desarrollo Regional.

FOTOGRAFENO 19-20 – IMDEEA/2019/7 período: 2019-07-01 – 2020-06-30. Nº Expediente: 21900027

Si desea más información contacte con AIDIMME.

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Javier Molina Puerto

MATERIALES Y PRODUCTOS • Tecnologías y Análisis Químico