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New perspectives in the application of the Advanced Oxidation Processes

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New perspectives in the application of the Advanced Oxidation Processes

Diez Sarabia, Aida Maria
 
DATE : 2018-12-04
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/1094
UNESCO SUBJECT : 2210.05 Electroquímica ; 2210.22 Fotoquímica ; 3303 Ingeniería y Tecnología Químicas
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

The Advanced Oxidation Processes (AOPs) have been widely studied as they can degrade many types of organic contaminants, due to the action of the hydroxyl radicals which are generated in this kind of processes. Previous studies performed in the BIOSUV group demonstrate the AOPs are an efficient alternative for the remediation of different effluents. In the current context, this thesis is going to be focused in the use of the AOPs in the treatment of effluents with high organic load (such as the winery solutions), or with emerging contaminants (such as pesticides, drugs or ionic liquids). Contaminated soils would be also treated. It is proposed the study of different AOPs: i) The Fenton process, in which the hydroxyl radicals are obtained due to the reaction between iron and hydrogen peroxide, ii) the electro-Fenton process where an electric field is applied in order to generate the hydrogen peroxide and to favor the degradation mechanism, iii) the photo-Fenton process, carried out with an external ultraviolet radiation, iv) the photo-electro-Fenton process which combines the ... [+]
The Advanced Oxidation Processes (AOPs) have been widely studied as they can degrade many types of organic contaminants, due to the action of the hydroxyl radicals which are generated in this kind of processes. Previous studies performed in the BIOSUV group demonstrate the AOPs are an efficient alternative for the remediation of different effluents. In the current context, this thesis is going to be focused in the use of the AOPs in the treatment of effluents with high organic load (such as the winery solutions), or with emerging contaminants (such as pesticides, drugs or ionic liquids). Contaminated soils would be also treated. It is proposed the study of different AOPs: i) The Fenton process, in which the hydroxyl radicals are obtained due to the reaction between iron and hydrogen peroxide, ii) the electro-Fenton process where an electric field is applied in order to generate the hydrogen peroxide and to favor the degradation mechanism, iii) the photo-Fenton process, carried out with an external ultraviolet radiation, iv) the photo-electro-Fenton process which combines the aforementioned processes. The effect of the working parameters in the AOPs would be studied, in order to increase the production of hydroxyl radicals and, undeniably, the degradation of the contaminants. Therefore, different reactor´s configurations would be used to maximize the processes´ efficiency (choosing between different reactor´s size, kind of electrodes, radiation...). These studies would allow the optimization of the working conditions (such as the concentration of catalyst, voltage…), improving all the processes. Furthermore, another line of investigation would be based on the development of new heterogeneous iron catalyst, which would be useful for working in batch and continuous mode, avoiding the detected problems of working with homogeneous catalyst. On the other hand, the viability of the ElectroKinetic-Fenton treatments for the remediation of soils will be evaluated. In this kind of experiments it is important to know how the different species move in the soil as well as how the contaminant is degraded during its treatment in the soil. For quantifying the degradation of the different contaminants, the implementation of the analytic techniques would be done (such as spectrophotometry, liquid and gas chromatography, TOC, COD and hydroxyl radicals measurements…) as well as the usage of toxicity measurements (Microtox assays, phytotoxicity …). Moreover, the viability of the processes would be studied. [-]
 
Los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) han sido ampliamente estudiados debido a su capacidad de degradar diversos tipos de contaminantes orgánicos, gracias a la acción de los radicales hidroxilo generados en este tipo de procesos. Estudios previos realizados por el grupo BIOSUV, señalan que este tipo de procesos son una alternativa eficiente para la remediación de efluentes de distinta tipología. En este contexto, esta Tesis se centrará en el uso de los POA para el tratamiento de efluentes con alta carga orgánica (como los residuos procedentes de la industria vitivinícola) y con contaminantes emergentes (como los pesticidas, medicamentos o líquidos iónicos) así como en suelos contaminados. Se plantea el estudio de distintos POAs: i) Proceso Fenton, en el que se obtienen radicales hidroxilo mediante la descomposición de peróxido de hidrógeno catalizada por hierro (II), ii) el proceso electro-Fenton, en el que se aplica un campo eléctrico para generar el peróxido de hidrógeno y favorecer los mecanismos de degradación, iii) el proceso foto-Fenton, que se lleva a cabo con una ... [+]
Los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) han sido ampliamente estudiados debido a su capacidad de degradar diversos tipos de contaminantes orgánicos, gracias a la acción de los radicales hidroxilo generados en este tipo de procesos. Estudios previos realizados por el grupo BIOSUV, señalan que este tipo de procesos son una alternativa eficiente para la remediación de efluentes de distinta tipología. En este contexto, esta Tesis se centrará en el uso de los POA para el tratamiento de efluentes con alta carga orgánica (como los residuos procedentes de la industria vitivinícola) y con contaminantes emergentes (como los pesticidas, medicamentos o líquidos iónicos) así como en suelos contaminados. Se plantea el estudio de distintos POAs: i) Proceso Fenton, en el que se obtienen radicales hidroxilo mediante la descomposición de peróxido de hidrógeno catalizada por hierro (II), ii) el proceso electro-Fenton, en el que se aplica un campo eléctrico para generar el peróxido de hidrógeno y favorecer los mecanismos de degradación, iii) el proceso foto-Fenton, que se lleva a cabo con una fuente de radiación ultravioleta externa, iv) el proceso Foto-Electro-Fenton que es una combinación de los anteriores. Para los distintos POAs, se estudiará el efecto de los diferentes parámetros operacionales, con el objeto de aumentar la producción de los radicales hidroxilo, y por ende, la degradación de los contaminantes a tratar. Por ello, se prevé trabajar con varias configuraciones de reactor que ayuden a maximizar la eficacia de los procesos (eligiendo el tamaño, los electrodos, el tipo de radiación…). Estos estudios permitirán optimizar las condiciones de trabajo (cantidad de catalizador, voltaje…) mejorando la eficiencia de los procesos estudiados. Asimismo, se abrirá una línea de trabajo orientada al desarrollo de catalizadores heterogéneos de hierro, que permitirá trabajar tanto en batch como en continuo, evitando los problemas detectados en la catálisis homogénea. Paralelamente, se evaluará la viabilidad de la técnica Electrocinética-Fenton para la remediación de suelos contaminados. En estos experimentos es de vital importancia determinar la movilidad en los suelos de las distintas especies presentes e identificar los mecanismos que tienen lugar en el suelo a lo largo de su tratamiento. Para la cuantificación de la degradación de los distintos contaminantes, será necesaria la puesta a punto de las técnicas analíticas a utilizar (espectrofotometría, cromatografía líquida y gaseosa, medidas de COT, DQO, radicales hidroxilo…) y de toxicidad (Microtox, estudios de fitotoxicidad…). Asimismo se llevarán a cabo estudios de viabilidad de los distintos procesos. [-]
 
Os Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) están a ser amplamente estudados debido a súa capacidade de degradar diversos tipos de contaminantes orgánicos, grazas a acción dos radicais hidroxilo que son xerados neste tipo de procesos. Estudos previos feitos no grupo BIOSUV, demostran que este tipo de procesos son unha alternativa eficiente para a remediación de efluentes de distinta tipoloxía. Neste contexto, a tese centrarase no uso dos POAs para o tratamento de efluentes con alta carga orgánica (como os residuos procedentes da industria vitivinícola), o con contaminantes emerxentes ( como os pesticidas, medicamentos ou líquidos iónicos). Tamén trataranse chans contaminados. Planease o estudio dos distintos POAs: i) Proceso Fenton, no que se obteñen radicais hidroxilo mediante a acción do peróxido de hidróxeno e ferro, ii) o proceso electro-Fenton, no que se aplica un campo eléctrico para xerar o peróxido de hidróxeno e favorecer os mecanismos de degradación, iii) o proceso foto-Fento, que lévase a cabo cunha fonte de radiación ultravioleta externa, iv) o proceso Foto-Electro ... [+]
Os Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) están a ser amplamente estudados debido a súa capacidade de degradar diversos tipos de contaminantes orgánicos, grazas a acción dos radicais hidroxilo que son xerados neste tipo de procesos. Estudos previos feitos no grupo BIOSUV, demostran que este tipo de procesos son unha alternativa eficiente para a remediación de efluentes de distinta tipoloxía. Neste contexto, a tese centrarase no uso dos POAs para o tratamento de efluentes con alta carga orgánica (como os residuos procedentes da industria vitivinícola), o con contaminantes emerxentes ( como os pesticidas, medicamentos ou líquidos iónicos). Tamén trataranse chans contaminados. Planease o estudio dos distintos POAs: i) Proceso Fenton, no que se obteñen radicais hidroxilo mediante a acción do peróxido de hidróxeno e ferro, ii) o proceso electro-Fenton, no que se aplica un campo eléctrico para xerar o peróxido de hidróxeno e favorecer os mecanismos de degradación, iii) o proceso foto-Fento, que lévase a cabo cunha fonte de radiación ultravioleta externa, iv) o proceso Foto-Electro-Fenton, que é unha combinación dos anteriores. Para os distintos POAs, estudarase o efecto dos diferentes parámetros operacionais, co obxectivo de aumentar a produción dos radicais hidroxilo, e por ende, a degradación dos contaminantes a tratar. Por iso, se prevé traballar con varias configuracións de reactor que axuden a maximizar a eficacia dos procesos (elixindo o tamaño, os eléctrodos, o tipo de radiación...). Estes estudios permitirán optimizar as condicións de traballo (cantidade de catalizador, voltaxe...) mellorando a eficiencia dos procesos estudados. Así mesmo, abrirase unha liña de traballo orientada o desenvolvemento de catalizadores heteroxéneos de ferro, que permitirá traballar tanto en batch como en continuo, evitando os problemas detectados na catálise homoxénea. Paralelamente, evaluarase a viabilidade das técnicas Electrocinética-Fenton para a remediación de devanditos chans contaminados. Nestes experimentos é de vital importancia determinar a mobilidade nos chans das distintas especies presentes e identificar os mecanismos que teñen lugar no chan o largo do seu tratamento. Para a cuantificación da degradación dos distintos contaminantes será necesaria a posta a punto das técnicas analíticas a utilizar (espectrofotometría, cromatografía líquida e gasosa, medidas de COT, DQO, radicais hidroxilo) e de toxicidade (Microtox, estudos de fitotoxicidade…). Así mesmo levaranse a cabo estudos de viabilidade dos distintos procesos. [-]

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