RO133417B1 - Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili - Google Patents
Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili Download PDFInfo
- Publication number
- RO133417B1 RO133417B1 ROA201701032A RO201701032A RO133417B1 RO 133417 B1 RO133417 B1 RO 133417B1 RO A201701032 A ROA201701032 A RO A201701032A RO 201701032 A RO201701032 A RO 201701032A RO 133417 B1 RO133417 B1 RO 133417B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- water
- ozone
- organic substances
- degradable organic
- processes
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 73
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 65
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 52
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 title description 4
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 28
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 claims description 21
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 16
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 11
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical class O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009303 advanced oxidation process reaction Methods 0.000 description 17
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 15
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 15
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 7
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 6
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 6
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 239000000598 endocrine disruptor Substances 0.000 description 5
- 231100000049 endocrine disruptor Toxicity 0.000 description 5
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- 241000894007 species Species 0.000 description 4
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 3
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 3
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 2
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 231100000507 endocrine disrupting Toxicity 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 229940124307 fluoroquinolone Drugs 0.000 description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002917 insecticide Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000825 pharmaceutical preparation Substances 0.000 description 2
- 229940127557 pharmaceutical product Drugs 0.000 description 2
- 125000005498 phthalate group Chemical class 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- FSCWZHGZWWDELK-UHFFFAOYSA-N 3-(3,5-dichlorophenyl)-5-ethenyl-5-methyl-2,4-oxazolidinedione Chemical compound O=C1C(C)(C=C)OC(=O)N1C1=CC(Cl)=CC(Cl)=C1 FSCWZHGZWWDELK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(O)C=C1 FJKROLUGYXJWQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010063836 Atrioventricular septal defect Diseases 0.000 description 1
- 241000402754 Erythranthe moschata Species 0.000 description 1
- HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N Ibuprofen Chemical compound CC(C)CC1=CC=C(C(C)C(O)=O)C=C1 HEFNNWSXXWATRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- XEFQLINVKFYRCS-UHFFFAOYSA-N Triclosan Chemical compound OC1=CC(Cl)=CC=C1OC1=CC=C(Cl)C=C1Cl XEFQLINVKFYRCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- XCSGPAVHZFQHGE-UHFFFAOYSA-N alachlor Chemical compound CCC1=CC=CC(CC)=C1N(COC)C(=O)CCl XCSGPAVHZFQHGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940035676 analgesics Drugs 0.000 description 1
- 239000000730 antalgic agent Substances 0.000 description 1
- 230000003110 anti-inflammatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- MXWJVTOOROXGIU-UHFFFAOYSA-N atrazine Chemical compound CCNC1=NC(Cl)=NC(NC(C)C)=N1 MXWJVTOOROXGIU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003139 biocide Substances 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229940124558 contraceptive agent Drugs 0.000 description 1
- 239000003433 contraceptive agent Substances 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000002781 deodorant agent Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 150000002012 dioxanes Chemical class 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000001211 electron capture detection Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000000855 fungicidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000417 fungicide Substances 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004009 herbicide Substances 0.000 description 1
- 230000003054 hormonal effect Effects 0.000 description 1
- 229940088597 hormone Drugs 0.000 description 1
- 239000005556 hormone Substances 0.000 description 1
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960001680 ibuprofen Drugs 0.000 description 1
- 238000003842 industrial chemical process Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000077 insect repellent Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical class OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002304 perfume Substances 0.000 description 1
- 150000002989 phenols Chemical class 0.000 description 1
- 238000006303 photolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015843 photosynthesis, light reaction Effects 0.000 description 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 125000003367 polycyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 239000003368 psychostimulant agent Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 229930000044 secondary metabolite Natural products 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 1
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 230000003637 steroidlike Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000037072 sun protection Effects 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 239000003204 tranquilizing agent Substances 0.000 description 1
- 230000002936 tranquilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 229960003500 triclosan Drugs 0.000 description 1
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/78—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation with ozone
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/725—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation by catalytic oxidation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/305—Endocrine disruptive agents
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Description
Invenția se referă la un procedeu ecologic de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu biodegradabile, în special cele cu caracter de disruptor endocrin, prin oxidare catalitică avansată și adsorbție. Procedeul poate fi aplicat atât apei brute utilizată ca sursă de apă potabilă, în cadrul stațiilor de potabilizare a apei sau a instalațiilor de producere și îmbuteliere a apei, cât și apei reziduale rezultată în urma proceselor din industria chimică, farmaceutică, după etapa de epurare fizico-chimică clasică, înainte de deversare.
Poluarea apei reprezintă principala cale de impact asupra mediului, deoarece efluenții apoși acționează ca un vector eficient în răspândirea produselor chimice. În acest context, pentru a evita impactul poluanților, în ultimii ani au apărut noi tehnologii de remediere [Wang J. L., Xu L, J., (2012), Advanced Oxidation Processes for Wastewater Treatmenl: Formation of Hydroxyl Radical and Application. Criticai Rcviews in Environmental Science and Technology, 42: 3, 251-325; Bobu M., Yediler A., Siminiceanu I., Zhang F., Schulte-Hostede S., (2013), Comparison of different advanced oxidation processes for the degradation of two fluoroquinolone antibiotics in aqueous solutions, Journal of Environmental Science and Health, Part A: Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 48:3, 251-262]. Aceste tehnici trebuie să îndeplinească rolul de îndepărtare a poluanților țintă în ciuda concentrației scăzute găsite în apele uzate sau sursele de apă. Eliminarea poluanților poate fi realizată prin adsorbție, procese pe bază de membrane filtrante și procese oxidative [EU Comission, (2012), Proposal for a DIRECTIVE OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL amending Directives 2000/60/EC and 2008/105/EC as regards priority substances in the field of water policy, http://ec.europa.cu/environment/water/vvater-dangersub/pdf/com 2011 876.pdf.; Bobu M., Yediler A., Siminiceanu I., Zhang F., Schulte-Hostede S., (2013), Comparison of different advanced oxidation processes for the degradation of two fluoroquinolone antibiotics în aqueous solutions, Journal of Environmental Science and Health, Part A: Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering, 48:3, 251-262]. Fiecare dintre aceste categorii de tratamente se realizează prin abordări diferite, în funcție de natura poluantului, debitul de apă, concentrație, etc. Metodele de adsorbție și procesele membranare prezintă dezavantaje majore în cazul transferului poluantului din faza lichidă în faza solidă, necesitând ulterior procedee costisitoare pentru a regenera suportul solid sau de a reface materialul consumat. Aceste tehnici sunt adecvate atunci când poluantul țintă nu poate fi transformat în compus inofensiv (metale grele). De asemenea, deși eficiente, metodele de filtrare pe membrane (ultrafiltrare, nanofiltrare, osmoză inversă) au dezavantajul major de a genera subproduși foarte toxici (concentratul) care trebuie neutralizat prin metode speciale în instalații specializate.
Disruptorii endocrini (ECD) sunt substanțe chimice de sinteză care mimează funcția hormonilor și, odată ajunși în organism, alterează echilibrul hormonal. Sursa acestor disruptori endocrini este diversă, provenind din produși de sinteză utilizați sau rezultați din cele mai diferite ramuri ale economiei. Vorbim aici de: dioxine, paraben, bisfenol A, ftalați (industria maselor plastice), insecticide organice etc. Surse importante de disruptori endocrini sunt constituite de compușii din produsele farmaceutice și cei din produsele de îngrijire personală (PCP). Compușii farmaceutici sunt substanțe utilizate în fabricarea medicamentelor (contraceptive, analgezice, reglatorii de lipide, antibiotice, tranchilizante, psiho-stimulente, etc.). În apele uzate și apele de suprafață, produsele farmaceutice pentru uz uman și veterinar se găsesc, de obicei, în concentrații de ordinul ng/l până la sute de ng/l. Produsele de îngrijire personală (PCP) includ produse de îngrijire a părului, a pielii, produse cosmetice decorative, pentru igienă orală, parfumuri, gel de duș, deodorant, săpun, creme UV pentru protecția solară, creme împotriva insectelor, produse dezinfectante etc. Impact negativ 1 asupra mediului îl au ingredientele active, cum ar fi, tensidele, moscul policiclic, cremele anti UV și cele antimicrobiene. Două dintre cele mai frecvent detectate ECD-uri în apele de 3 suprafață, aparțin produselor farmaceutice și produselor de îngrijire personală sunt:
(1) Ibuprofenul care este un medicament anti-inflamator, nesteroidian, fiind, de ase- 5 menea, al treilea cel mai popular medicament din lume, atât în ceea ce privește vânzările cât și utilizarea acestuia; și 7 (2) Triclosanul care este un produs dezinfectant antimicrobian, găsit într-o gamă largă de produse pentru îngrijirea personală sau în produse de curățare de uz casnic. 9
În agricultură, o cantitate mare de pesticide (peste două milioane de tone de pesticide/an) este utilizată în întreaga lume. Pesticidele din apele de suprafață au concentrații în 11 jurul valorii de 1 :g/l. Cele mai întâlnite pesticide sunt erbicidele alaclor și atrazina, fungicidul vinclozolin, insecticidul DDT și biocidul TBT. În majoritatea țărilor, legislația curentă interzice 13 o parte din pesticide. Totuși, fără un control eficient substanțele interzise sunt folosite pe scară largă.15
Toate aceste categorii de compuși au trei proprietăți comune:
(1) prezintă efect negativ accentuat, pe termen lung asupra mediului, inclusiv asupra17 organismelor animale și a omului începând de la concentrații extrem de mici;
(2) migrează ușor în mediul acvatic și în sursele de apă de suprafață și subterane; 19 și (3) nu pot fi degradați prin procedee convenționale, datorită biodegradabilității reduse21 și a pragurilor de concentrație situate sub capacitatea operațională a proceselor clasice de depoluare.23
Procesele și tehnologiile clasice de decontaminare au devenit depășite, în special în relație cu specii și grupări de poluanți chimici refractari față de procesele de degradare 25 utilizate în prezent, cum ar fi, acizii humici, dioxanii, fenolii, ftalații, perclorații, produșii secundari de dezinfecție, produsele farmaceutice, inclusiv disruptorii endocrini, substanțele surfac- 27 tante fluorinate. Procesele fizico-chimice cunoscute sub denumirea generică de Procese de oxidare avansată (AOP - Advanced Oxidation Processes) constituie un domeniu actual 29 de cercetare științifică interdisciplinară, permițând degradarea oxidativă, neselectivă și energică a substanțelor organice și anorganice din mediul apos în prezența speciilor de 31 radicali °OH înalt reactive. În acest context se poate menționa acțiunea plasmelor de joasă temperatură, procese de oxidare avansată cu O3 în mediu apos, procese de oxidare 33 avansată în sisteme O3/UV, H2O2/UV, H2O2/O3, H2O2/O3/UV, procese Fenton, procese de fotocataliză eterogenă, cavitație electrohidraulică și sonoliză, procese de oxidare supercritică 35 a apei, acțiunea radiației γ și a fasciculelor de electroni.
Procesele de oxidare avansată (AOP) sunt destinate, prioritar, îndepărtării cvasitotale 37 a poluanților organici sau pentru transformarea lor în produși secundari netoxici și/sau biodegradabili. AOP sunt adecvate pentru efluenții care conțin poluanți nebiodegradabili în 39 concentrații relativ scăzute. În cazul tratării apei în vederea potabilizării, integrarea acestor procese permite utilizarea unor surse de apă neadecvate folosirii proceselor convenționale 41 de tratare, aspect relevant în perspectiva unei penurii a acestui element primordial.
Aplicațiile actuale ale proceselor de oxidare avansată sunt, în general, axate pe 43 procese clasice, procese de fotoliză și fotocataliză, mai puțin pe procese hibride, sau pe procese secvențiale: oxidare avansată - pe membrane sau pe coloane. Aceste aplicații 45 prezintă o densitate mai ridicată în zona SUA și Asia. Sunt brevetate sisteme secvențiale de oxidare avansată (one batch at-a-time) [Markle S. P., (2007), Method and Apparatus 47 for Sequenced Batch Advanced Oxidation Wastewater Treatment, US 2007/0158276
A1], sisteme de oxidare avansată și biofiltrare aerobă [Dong Y., (2009), Wastewater Purifying System in Hospitals, US 2009/0166280 A1], sisteme duale de oxidare avansată pentru recircularea apei pe vasele maritime [Markle S. P., Jones R. S., (2009), Dual-train Wastewater Reclamation and Treatment System, US Pat. 007534357 B2], fotocataliză în prezența O3 [Cabello P.A.V., ș.a., (2011), Photocatalytic Reactor and Process for Treating Wastewater, US 8038938 B2], sisteme fotocatalitice de recuperare a apei bazate pe o separare a camerelor de membrane [Cabello P.A.V., ș.a., (2011), Photocatalytic Reactor and Process for Treating Wastewater, US 8038938 B2], sisteme O3/H2O2 [Conget H. C., Muzzy J. W., Mullins M. E., (2011), Method, Apparatus and Systems for Treating Contaminants in Waste Fluid, US 7931816 B2], procese hibride de fotocataliză eterogenă/biodegradare [Ulinici S., Vlad G., Suciu L., (2010), The study of the O3/UV advanced oxidation processes for a swimming pool water treatment, Environmental Engineering and Management Journal, 9:5, p. 637-642].
Aplicațiile comerciale existente sunt în general axate pe sisteme de fotocataliză (VANOX-AOP-Siemens-USA), utilizare combinată H2O2/Fe zero valent (CATADOX- ESCO Int. - UK, Ozone Elettronica Internationale-ltalia, HIPOX - APT WATER (SUA), sau pe procese secvențiale de ozonizare catalitică/fotocataliză eterogenă (PHOTOCAT- Purifics Inc. - USA; CatalySystems Ltd.-UK; NOXXALL- Ozo Nano Sciences Ltd. - India), oxidare avansată la interfață în membrana de electroliză cu anod de diamant (CONDIACELLCondias Gmbh-Germany).
Deficiențele actuale ale tehnologiilor ce vizează eliminarea sau reducerea compușilor organici din apă și decontaminarea apei sunt reprezentate, în principal, de:
1) Acțiune eficientă limitată doar asupra unor categorii restrânse de poluanți;
2) Limitarea eficienței datorită prezenței adiționale unor specii anorganice;
3) Metodele de decontaminare actuale sunt axate în general pe reținerea poluanților (separare) și mai puțin pe degradarea acestora. Sunt generate reziduuri toxice concentrate (de exemplu: procese membranare);
4) Tehnologiile clasice de oxidare duc la o degradare incompletă, urmată de o generare a compușilor secundari toxici;
5) Consumuri energetice ridicate, volume mari pentru sistemele de 3embran, mentenanță dificilă;
6) Sunt utilizați agenți chimici ce necesită condiții de transport și depozitare;
7) Grad redus de optimizare și automatizare a proceselor;
8) Imposibilitatea utilizării aceleiași familii de tehnologii pentru plaje mari de debite, în aplicații mobile sau în cele care necesită un timp scurt de răspuns și amorsare a proceselor (situații de urgentă, accidente de mediu);
9) Imposibilitatea eliminării compușilor organici la un nivel de concentrații foarte scăzut, cum este cazul poluanților organici emergenți.
Invenția propune, ca procedeu de tratare, o abordare nouă a proceselor de oxidare avansată (AOP) în scopul reducerii consumului energetic, a obținerii unei mineralizări cât mai complete a poluanților, transformând astfel AOP-ul într-un proces aplicabil cu succes la nivel industrial. Abordarea implică aplicarea unui proces de ozonizare catalitică într-o configurație nouă, având drept rezultat reducerea costurilor de operare, a costurilor de capital, creșterea performanțelor de mediu și a eficienței energetice a procesului de depoluare. Utilitatea procedeului este ridicată datorită versatilității procesului, fapt important din punct de vedere economic în toate procesele chimice industriale. Invenția înlătură deficiențele proceselor actuale de tratare prin oxidare avansată (ozonizarea directă - este selectivă, nu degradează decât molecule cu anumită structură; procesele de fotocataliză sau ozon/UV - sunt 1 energofage; O3/H2O2, UV/H2O2 - necesită adiția de reactivi, deci costuri crescute etc.) prin implementarea procesului de ozonizare catalitică cu eficiență ridicată, utilizând un sistem nou 3 de contact apă-ozon și reacție.
În cazul proceselor de ozonizare catalitică, principala limitare a procesului este dată 5 de faptul că în reacțiile de cataliză eterogenă sunt implicate 3 faze: faza gazoasă (ozonul nesolubilizat), faza solidă (suportul care conține catalizatorul) și faza lichidă (apa în care sunt 7 dizolvați poluanții). Reacțiile de cataliza eterogenă au loc prin adiția moleculei de ozon la suprafața catalizatorului, în microporii suportului și migrarea poluanților la situl reactiv, unde 9 aceștia sunt oxidați [Beltran F. J., (2004), Ozone Reaction Kinetics for Water and Wastewater Systems, Lewis Publishers, London, N.Y.]. Factorul limitativ care scade 11 eficiența procesului este dat de transferul moleculei de ozon din faza gazoasă (bula de gaz) în faza lichidă. Sunt cunoscute mai multe procedee clasice de injecție a ozonului în apă, 13 dintre care două cele mai folosite sunt cele ce utilizează difuzorii poroși și cel care utilizează injectoarele de tip Venturi. Ambele procedee injectează ozonul în apă sub forma unor bule 15 fine, generând inconvenientul mai sus amintit în derularea proceselor de ozonizăre catalitica.
Invenția propune un procedeu nou de tratare care vine să înlăture acest inconvenient 17 prin introducerea unei trepte speciale de injecție și contact apă-ozon, anterior etapei de ozonizare catalitică (care are loc într-un reactor catalitic), bazată pe un injector cu membrană 19 semipermeabilă din PTFE (teflon) de tip hollow fibre, în care apa circulă prin interiorul unor microtuburi cu pereții semipermeabili din PTFE hidrofob (impermeabili la apă însă permeabili 21 la ozon) și în care are loc dizolvarea directă, cu mare eficiență, a ozonului în apă, fără generare de bule macroscopice. Practic, acest procedeu de injecție a ozonului în apă 23 constituie inversul procesului de degazare a apei utilizând sisteme membranare, proces care este comercial valabil la producători (3M- Liquicel: http://www.liquicel.com/). Reactorul 25 catalitic are o configurație specială, astfel încât partea mediană este detașabilă, putând fi echipat cu catalizator atât în strat fix compus din granule de diverse dimensiuni cât și sub 27 formă de particule în strat fluidizat.
Invenția propune un procedeu nou de tratare în care deficiența principală legată de 29 eficiența procesului de ozonizare catalitică este înlăturată prin limitarea proporției fazei gazoase aflată în contact direct cu reactorul catalitic și creșterea eficienței întregului proce- 31 deu de tratare a apei prin utilizarea ozonului rezidual degazat la injecție și contactare și prin prezența etapei de ozonizare catalitică în o a doua treaptă de oxidare cu ozon urmată de o 33 treaptă de adsorbție. Procedeul de tratare implică parcurgerea următorului flux tehnologic: apa brută este preluată, de către o pompă booster dintr-un rezervor tampon în care aceasta 35 este stocată și este vehiculată în circuit sub presiune prin contactorul cu membrana de tip hollow fiber, contactor în care ozonul prezent în camera externă a acestuia difuzează în 37 fluxul de apă și se solubilizează. În aval de contactor, înainte de reactorul catalitic, este poziționată o coloană de contact și reacție în care continuă procesele de solubilizare a 39 ozonului și au loc procese de preoxidare prin ozonizare directă. În reactorul catalitic, fluxul de apă cu concentrație ridicată de ozon solubilizat este supus unui proces de ozonizare 41 catalitică, având drept rezultat oxidarea neselectivă a compușilor organici poluanți.
Sistemul catalitic are în principal rolul de formare a radicalilor OH’ în urma contactului 43 ozonului cu suprafața solidului. Există și o serie de mecanisme concurente:
(1) chemisorbția ozonului pe suprafața catalizatorului care conduce la formarea de 45 specii active care reacționează cu molecula organică nechemisorbită;
(2) chemisorbția moleculei organice (în formă ionică sau nedisociată) pe suprafața 47 catalizatorului și reacția ei ulterioară cu ozonul din faza gazoasă sau apoasă;
(3) chemosorbția moleculelor de ozon și de poluant urmată de interacțiunea între speciile chemosorbite.
Ponderea acestor mecanisme depinde de tipul de catalizator, de proprietățile poluanților ținta și de p H-ul soluției. O gamă variată de catalizatori se pot utiliza pentru procesul de ozonizare având la bază două componente: suportul și faza activă.
Concentrația ozonului solubilizat ajunge în această treaptă la valori de până la 4 mg/l. Ozonul utilizat în sistem este produs de către un generator de ozon alimentat de către un concentrator de oxigen. Concentrația nominală a ozonului produs de către generator se situează în plaja reglabilă de 40...80 g/Nm3 la o concentrație a oxigenului de alimentare de minimum 85%. Treptei de ozonizare catalitică îi urmează: o a doua treaptă de injecție a ozonului - utilizând ozonul rezidual degazat din primele două trepte, și un sistem clasic de injecție a ozonului utilizând un injector Venturi și, ulterior, o treaptă de adsorbție pe mediu adsorbant (cărbune activ granular sau zeolit activat), în vederea reținerii cvasimajorității produșilor de reacție. Injectorul Venturi, prin depresiunea creată, are dublu rol: acel de a favoriza degazarea ozonului rezidual anterior treptei de ozonizare catalitică, și cel de reinjecție a ozonului în apă după treapta de ozonizare catalitică și anterior treptei de adsorbție. Procesul de tratare continuă în regim de recirculare pănă la atingerea gradului de decontaminare dorit. Procedeul de tratare nu necesită adăugare de reactivi chimici, și nu generează reziduuri sau produși de reacție toxici, procesul de ozonizare catalitică fiind un proces deosebit de eficient care poate duce până la mineralizarea completă a poluanților de natură organică. Procedeul de tratare poate fi complet automatizat, treptele tehnologice incluzând doar echipamente cu alimentare electrică. Urmărirea automată a gradului de încărcare cu compuși organici se poate realiza utilizând un analizor automat de carbon organic total (TOC), sau un analizor în spectrul LJV (254 nm). Controlul procesului de tratare, se face, conform invenției, prin reglarea debitului de apă (pompa booster este echipată cu un convertizor digital de frecvența cu microprocesor), reglarea debitului de gaz ozonat și a concentrației de ozon (prin varierea parametrilor electrici ai generatorului de ozon).
În continuare se prezintă un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1 care reprezintă o diagramă de proces.
Apa cu conținut de substanțe organice greu degradabile (produse farmaceutice disruptori endocrini), este preluată cu o pompă booster de recirculare (1) cu o putere de 0,37 kW dintr-un rezervor tampon (2) la un debit maximum de 1 m3/h și o vehiculează prin bucla de recirculare tratare (18). În bucla de tratare este prevăzut un filtru mecanic cu cartuș de inox de 10 microni (3), urmat de o treaptă de injecție și contact apă-ozon, alcătuită din contactorul cu membrana semipermeabilă de tip hollow-fibre din PTFE (4) și coloana de contact și reacție apă/ozon (5). În contactorul (4) apa curge prin secțiunea centrală a microtuburilor din PTFE, ozonul difuzând din exterior, prin membrana de PTFE către secțiunea interioară de curgere. Datorită caracterului hidrofob al membranei, porii acesteia sunt traversați doar de fluxul de gaz ozonat, care se dizolvă direct în apă. Tipul de membrană utilizat are o porozitate de 40% și o dimensiune a porilor mai mică de 0,3 microni. Diametrul exterior al microtuburilor este de 2,3 mm iar cel interior de 1,2 mm, cu o grosime a peretelui de 550 microni. Controlul presiunii de gaz și a debitului se face prin intermediul vanei de control (11), și al vanei cu acționare continuă (1). Debitul de gaz ozonat este citit pe debitmetrul (14). Coloana de contact și reacție apă/ozon (5) este realizată din oțel inoxidabil AISI 316L și este prevăzută în partea superioară cu o supapă de degazare cu plutitor (12) care permite degazarea ozonului rezidual. Reactorul de ozonizare catalitică (6) este realizat din oțel inox 316 SL și este alcătuit din trei secțiuni, secțiunea mediană fiind detașabilă, aceasta conținând masa activă (catalizatorul). Poate fi utilizat atât catalizator pe suport granular (peleți, microgranule) cât și catalizator imobilizat pe o masă poroasă filtrantă. Reac-1 torul catalitic este, de asemenea, echipat cu o supapă de degazare pentru ozonul rezidual.
Ozonul rezidual degazat din contactorul (4), vasul de contact și reacție apă-ozon (5) și3 reactorul catalitic (6) prin intermediul supapelor de degazare cu plutitor (12) este preluat de injectorul Venturi (7) și reintrodus în circuitul de tratare, înainte de filtrul cu adsorbție (8).5
Treapta de reinjecție ozon și filtrul cu adsorbție constituie așa-zisa treaptă de finisare, compușii de reacție rezultați în urma ozonizării directe și a ozonizării catalitice fiind reținuți7 prin mecanisme fizice de adsorbție în interiorul filtrului (8). La partea superioară a filtrului de adsorbție este prevăzută o supapă de degazare cu plutitor (12) care realizează degazarea9 finală și evacuarea ozonului rezidual, sub formă de oxigen recombinat, în atmosferă, prin intermediul distrugătorului termocatalitic de ozon (20). Toate aceste trepte descrise mai sus 11 operează sub presiune. Ozonul este furnizat procesului de tratare de către generatorul de ozon (9), cu o capacitate maximă de 10 gO3/h, alimentat cu concentratorul de oxigen (10) 13 care are o capacitate maximă de 5 NL/min. Controlul gradului de contaminare organică se face automat, prin intermediul unui analizor UV la 254 nm (19), tratarea continuând în bucla 15 de recirculare până la atingerea unui nivel prestabilit. Închiderea fluxului pe circuitul de tratare se face prin electrovana cu solenoid (17), electrovana (16) permițând evacuarea apei 17 tratate din sistem. Admisia apei brute (netratate) în rezervorul tampon se face prin intermediul electrovanei cu solenoid (15). Debitul de apă este reglat prin intermediul converti- 19 zorului de frecvență (20) prin care este alimentată pompa booster de recirculare.Tabloul de comandă și control (11) echipat cu un sistem cu PLC alimentează echipamentele și 21 controlează funcționarea întregului proces.
În cazul prezentei invenții s-a utilizat un sistem catalitic de tip AI2O3 (suport)/ MexOy 23 (componenta activă). Oxizii metalici utilizați au fost cel de nichel și ceriu în raport 10:1. Acest sistem prezintă avantajul suportului care are suprafața specifică ridicată și cei doi oxizi care 25 prezintă activitate în procese de oxidare avansată.
Claims (5)
- Revendicări1. Procedeu de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu degradabile, prin tratare mecanică, ozonizare și tratare finală, caracterizat prin aceea că, cuprinde următoarele etape:- îndepărtarea mecanică a materiilor în suspensie prin trecere pe un filtru cu sită de 10 microni;- contactarea apei uzate cu ozonul când are loc dizolvarea directă a ozonului în apă fără formare de bule macroscopice și pre-oxidarea substanțelor organice prin ozonizare directă;- oxidarea catalitică a apei rezultată din etapa anterioară cu utilizarea unui sistem catalitic de tip oxizi micști pe bază de nichel și ceriu pe suport de alumină; și- tratare finală prin injectare de ozon.
- 2. Procedeu de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu degradabile, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, la intrarea în etapa de contactare și preoxidare concentrația ozonului în gazul purtător este de 40...80 g O3/Nm3, concentrația ozonului dizolvat în apă este cuprinsă în domeniul 2...8 g O3/m3 apă, iar timpul de contact de minimum 4 min.
- 3. Procedeu de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu degradabile, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, la intrarea în reactorul catalitic concentrația de ozon dizolvat în debitul de apă este de minimum 2 mg/l iar timpul de contact cu masa catalizatorului este de minimum 3 min.
- 4. Procedeu de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu degradabile, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, treapta finală are loc prin oxidare cu ozon rezidual și adsorbție pe un filtru multistrat cu pat de cărbune activ și zeolit activat.
- 5. Procedeu de tratare a apei cu conținut de substanțe organice greu degradabile, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, procedeul funcționează în regim de recirculare sub presiune până la atingerea parametrilor de calitate ai apei doriți.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201701032A RO133417B1 (ro) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201701032A RO133417B1 (ro) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO133417A2 RO133417A2 (ro) | 2019-06-28 |
| RO133417B1 true RO133417B1 (ro) | 2023-11-29 |
Family
ID=66998937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201701032A RO133417B1 (ro) | 2017-12-06 | 2017-12-06 | Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO133417B1 (ro) |
-
2017
- 2017-12-06 RO ROA201701032A patent/RO133417B1/ro unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO133417A2 (ro) | 2019-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9334183B2 (en) | Methods for the treatment of ballast water | |
| Chen et al. | A pilot-scale coupling catalytic ozonation–membrane filtration system for recirculating aquaculture wastewater treatment | |
| Castellanos et al. | Tube-in-tube membrane reactor for heterogeneous TiO2 photocatalysis with radial addition of H2O2 | |
| Verma et al. | Photocatalytic, sonolytic and sonophotocatalytic degradation of 4-chloro-2-nitro phenol | |
| WO2003076348A1 (en) | Method for treating waste water | |
| Lee et al. | Catalytic ozonation of humic acids with Fe/MgO | |
| Hand et al. | Destruction of DBP precursors with catalytic oxidation | |
| Sillanpää | NOM removal by advanced oxidation processes | |
| Das et al. | Ozone-based oxidation processes for the removal of pharmaceutical products from wastewater | |
| Samarghandi et al. | Performance of catalytic ozonation by Fe/MgO nanoparticle for degradation of cefazolin from aqueous environments | |
| US20090236270A1 (en) | Water purification system | |
| JP2001191067A (ja) | 光触媒反応装置 | |
| RU2636076C2 (ru) | Способ фотохимической очистки воды и устройство для его осуществления | |
| RO133417A2 (ro) | Procedeu de tratare a apei cu conţinut de poluanţi organici greu degradabili | |
| Rajeswari et al. | Comparative study on photocatalytic oxidation and photolytic ozonation for the degradation of pesticide wastewaters | |
| CN105271503A (zh) | 一种臭氧催化氧化强化去除水中氨氮的方法 | |
| Chaukura et al. | Selected advanced oxidation processes for wastewater remediation | |
| Kamali et al. | Homogeneous advanced oxidation processes for the removal of pharmaceutically active compounds—current status and research gaps | |
| Upadhyay et al. | Photocatalytic Water Disinfection | |
| Kaur et al. | Efficiency comparison of hybrid advanced oxidation processes for removal of ciprofloxacin from water | |
| Hu et al. | Study on 17β-Estradiol (E2) Removal in Wastewater by Continuous-Flow Advanced Treatment and Economic Benefit Evaluation | |
| ES2265728B1 (es) | Sistema de eliminacion de microcontaminantes organicos de las aguas mediante el uso de ozono y carbon activado. | |
| Dixit | Studies in water and wastewater treatment | |
| Sun et al. | Advanced oxidations of chloroacetic acids present in drinking water | |
| Ranjan | Removal of Disinfection By-Products by Physico-Chemical Treatment Methods |