Towards a future actual implementation of the heterogeneous electro-Fenton treatment for water remediation

Abstract

In recent years, the Advanced Oxidation Processes (AOPs) have emerged as a promising alternative for the effluent treatment due to the great versatility that show in the degradation of organic pollutants of diverse origins. This versatility lies in the powerful action of the agent generated in all the AOPs: the hydroxyl radical. However, the increasing in the use of synthetic pollutants, related to the expansion of industrialization, makes it necessary to validate these new technologies for its application in the removal of new pollutants, such as the so-called emerging contaminants. In this context, this thesis is focused in optimizing and controlling the AOPs used for the treatment of emerging contaminants. Different AOPs will be studied: i) anodic oxidation, where an electric field generates hydroxyl radicals on the anode surface, ii) Fenton process, where hydroxyl radicals are obtained through the reaction of hydrogen peroxide and iron and iii) the electro-Fenton process, where an electric field is applied and iron is added in order to generate the hydroxyl radical in both the anode surface and through the reaction of hydrogen peroxide and iron. For the various AOPs, the treatment will be optimized depending on the selected pollutant and taking into account the operating variables and the type of reactor employed. This optimization will be carried out by performing a design of experiments using specialised software (e.g. Design expert) which allows evaluating and analysing the obtained results.

En los últimos años los Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) se han revelado como una interesante alternativa en el tratamiento de efluentes debido a la versatilidad que demuestran en la degradación de contaminantes orgánicos de diferente naturaleza. Esta versatilidad radica en la potente acción que demuestra el agente generado en todos ellos, el radical hidroxilo. No obstante el aumento de contaminantes sintéticos, producto del incremento de la industrialización, obliga a validar estas nuevas tecnologías para su aplicación en la degradación de nuevos contaminantes como son los denominados contaminantes emergentes. En este contexto, esta tesis se centrará en el uso de herramientas de optimización y control para las aplicaciones de los POAs en el tratamiento de contaminantes emergentes. Se plantea el estudio de distintos POAs: i) oxidación anódica, en el que el campo eléctrico genera radicales hidroxilo sobre la superficie del ánodo, ii) Proceso Fenton, donde se obtienen radicales hidroxilo mediante la reacción de hierro y peróxido de hidrógeno y iii) el proceso electro-Fenton, en el que se aplica un campo eléctrico y se añade hierro para generar el radical hidroxilo tanto en la superficie del ánodo como por reacción entre peróxido de hidrógeno e hierro. Para los distintos POAs, se optimizará el tratamiento en función del contaminante seleccionado y teniendo en cuenta las variables de operación y tipo de reactor utilizado. Esta optimización se realizará mediante un diseño de experimentos utilizando software especializado (ej Design expert) que permitirá la evaluación y análisis de los resultados obtenidos.

Nos últimos anos, os Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) reveláronse como unha interesante alternativa no tratamento de efluentes debido á versatilidade que mostran na degradación de contaminantes orgánicos de diferente natureza. Esta versatilidade radica na potente acción que demostra o axente xerado en todos eles: o radical hidroxilo. Non obstante, o aumento de contaminantes sintéticos, produto do incremento da industrialización, obriga a validar estas novas tecnoloxías para a súa aplicación na degradación de novos contaminantes, como son os denominados contaminantes emerxentes. Neste contexto, esta tese centrarase no uso de ferramentas de optimización e control para as aplicacións dos POAs no tratamento de contaminantes emerxentes. Proponse o estudo de distintos POAs: i) oxidación anódica, onde o campo eléctrico xera radicais hidroxilo sobre a superficie do ánodo, ii) proceso Fenton, no que se obteñen radicais hidroxilo mediante a reacción de peróxido de hidróxeno e ferro e iii) proceso electro-Fenton, no que se aplica un campo eléctrico e se engade ferro para xerar o radical hidroxilo tanto na superficie do ánodo como por reacción entre peróxido de hidróxeno e ferro. Para os distintos POAs, optimizarase o tratamento en función do contaminante seleccionado e tendo en conta as variables de operación e tipo de reactor empregado. Esta optimización levarase a cabo mediante un deseño de experimentos empregando software especializado (ex: Design expert) que permitirá a avaliación e análise dos resultados obtidos.