Degradación de mezclas de contaminantes en agua utilizando el proceso avanzado de oxidación que emplea la combinación de radiación ultravioleta y peróxido de hidrógeno

Abstract

La aplicación del proceso UV/H2O2 para la degradación de contaminantes requiere de un control efectivo de los parámetros de diseño y operación del proceso. Con este objetivo, un modelo cinético representativo debe ser capaz de describir el sistema de reacción independientemente de la forma y configuración relativa del fotorreactor con respecto al sistema de irradiación. Para que el modelo cinético sea efectivo, es necesario conocer los etapas y las constantes de velocidad de reacción correspondientes a la interacción de los radicales hidroxilos con los contaminantes involucrados. Es por esto que resulta imprescindible disponer de la expresión cinética correspondiente a los compuestos a degradar para realizar el diseño de reactores fotoquímicos y llevar a cabo los cambios de escalas. En la literatura existen varios modelos cinéticos que predicen satisfactoriamente el comportamiento del sistema cuando se aplica el proceso UV/H2O2 aunque, en la gran mayoría de los casos, estos modelos cinéticos se aplican a un único contaminante. En la presente tesis, se estudia la degradación de mezclas de contaminantes en agua aplicando el proceso UV/H2O2. Se realiza el modelado cinético de cada mezcla seleccionada acompañado de su correspondiente validación experimental. Primeramente se estudió una mezcla de contaminantes modelo, conformada por el ácido dicloroacético y el ácido fórmico, los cuales se caracterizan por ser compuestos de estructura química simple. Posteriormente, se estudió la oxidación simultánea de dos herbicidas muy utilizados mundialmente (glifosato y 2,4-diclorofenoxiacético).

Designing a low cost UV/H2O2 process for commercial applications requires the determination of the effects of important design and operational variables. With this purpose, a representative kinetic model should be able to describe the fate of the pollutants within the photoreactor regardless its shape and its relative configuration with respect to the irradiation system. In order to be effective, it requires the precise knowledge of the degradation pathways and the reaction rates constants corresponding to the interaction of hydroxyl radicals with the involved pollutants, and also of the photonic absorption rate effects on the reaction rates. In the literature, kinetic models have been proposed by several research works for predicting the decomposition rate of specific organic compounds using the UV/H2O2 process, but only for a single compound. In order to approach the real pollution problems, it is more important to model the mixture of compounds rather than the individual chemicals separately. In the current thesis, the degradation of mixtures of pollutants in water by the UV/H2O2 is studied. The development of a kinetic model to represent the photodegradation rates of each mixture of compounds was proposed. First, a mixture of simple compounds was studied. The model compounds were dichloroacetic acid, a typical by-product of chlorine disinfection, and formic acid, which has simple chemical structures. Subsequently, the simultaneous oxidation of two herbicides widely used (glyphosate and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid) is reported.