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09 MAY 2008 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS R&D TiO 2 FOTOCATÁLISE.

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1 09 MAY 2008 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS R&D TiO 2 FOTOCATÁLISE BIODEGRADABILIDADE TOXICIDADE FOTO-FENTON BIOTRATAMENTO OPTIMIZAÇÃO DE COMPOSTOS FOTOCATÁLISE SOLAR RECALCITRANTES INVESTIGADORES: VÍTOR JORGE PAIS VILAR RUI ALFREDO DA ROCHA BOAVENTURA

2 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 2 CONTEÚDOS RADIAÇÃO SOLAR PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR FOTOCATÁLISE SOLAR – HETEROGÉNEA (TiO 2 ) – HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON) COLECTORES SOLARES – COLECTORES CONCENTRADORES PARABÓLICOS – COLECTORES NÃO-CONCENTRADORES – COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS PROJECTOS – PROJECTO SOLÁGUA – PROJECTO FOTOSOLAR CONCLUSÕES

3 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 3 RADIAÇÃO SOLAR EM PORTUGAL INSOLAÇÃO MÉDIA ANUAL RADIAÇÃO GLOBAL MÉDIA ANUAL PORTO – 2458 h; 14.7 MJ/m 2 LISBOA – 2581; 16.3 MJ/m 2 ÉVORA – 2732; 16.8 MJ/m 2 FARO – 2974; 17.0 MJ/m 2

4 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 4 RADIAÇÃO SOLAR NA EUROPA PORTUGAL, A PAR DA GRÉCIA E ESPANHA, É DOS PAÍSES COM MAIOR POTENCIAL DE APROVEITAMENTO DE ENERGIA SOLAR NA EUROPA COM MAIS DE 2300 HORAS/ANO DE INSOLAÇÃO NA REGIÃO NORTE E 3000 NO ALGARVE, PORTUGAL DISPÕE DE UMA SITUAÇÃO PRIVILEGIADA PARA O APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR

5 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 5 PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL RECURSOS RENOVÁVEIS PRODUÇÃO DE ENERGIARADIAÇÃO UV DESTOXIFICAÇÃO DE EFLUENTES DESINFECÇÃO DE ÁGUA DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR DESTOXIFICAÇÃO DE AR RADIAÇÃO SOLAR 3.5% - 8% DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR FOTOCATÁLISE SOLAR ÁGUA AR

6 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 6 PROCESSOS DE OXIDAÇÃO AVANÇADOS OH H2O2/O 3 /UVO3/UV PROCESSOS FOTOCATALÍTICOS H2O2/O 3 H2O2/UV TiO 2 /UV Fe 3+ /H 2 O 2 /UV FOTOCATÁLISE SOLAR

7 VÍTOR JORGE PAIS VILAR 7 FOTOCATÁLISE SOLAR UV/TiO 2 RESISTÊNCIA QUÍMICA RESISTÊNCIA À FOTOCORROSÃO SEGURANÇA NO MANUSEAMENTO BAIXO CUSTO < 390 nm (RADIAÇÃO SOLAR)

8 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 8 FOTOCATÁLISE SOLAR HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON) VANTAGENS VELOCIDADE DE REACÇÃO ELEVADA BARATO, REAGENTES NÃO TÓXICOS (Fe, H 2 O 2, ÁCIDO, BASE) < 580 nm (RADIAÇÃO SOLAR) DESVANTAGENS AJUSTE DO pH ( ) REMOÇÃO DO FERRO COMPLEXOS PERSISTENTES COM O FERRO LEVAM À PARAGEM DA REACÇÃO UV/Fe 3+ /H 2 O 2 FOTO-FENTON

9 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 9 COLECTORES SOLARES COLECTOR CONCENTRADOR PARABÓLICO COLECTOR NÃO- CONCENTRADOR

10 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 10 COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO FACTOR DE CONCENTRAÇÃO = 1 (1 SOL CPC) CONDIÇÕES DE ESCOAMENTO TURBULENTO NENHUM SISTEMA DE PROCURA SOLAR RADIAÇÃO DIRECTA E DIFUSA BAIXO CUSTO INEXISTÊNCIA DE CONTAMINAÇÃO CATALISADORES SUPORTADOS RESISTÊNCIA ÀS CONDIÇÕES ATMOSFÉRICAS INEXISTÊNCIA DE SUPERAQUECIMENTO EFICIÊNCIA ÓPTICA ELEVADA REDIMENTO QUÂNTICO ELEVADO VANTAGENS PRINCIPAIS:

11 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 11 COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS FOTOREACTOR RADIAÇÃO DIRECTA E DIFUSA SUPERFÍCIE REFLECTORA

12 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 12 COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO SUPERFÍCIE REFLECTORA ELEVADA REFLECTIVIDADE NA GAMA UV DURABILIDADE ACEITÁVEL AO AR LIVRE CUSTO RAZOÁVEL REACTOR FOTOCATALÍTICO DEVE CONTER O CATALISADOR CONFIGURAÇÃO TUBULAR TRANSPARENTE À RADIAÇÃO UV RESISTENTE À RADIAÇÃO UV RESISTENTE A TEMPERATURAS MODERADAS E pH ÁCIDO QUEDA DE PRESSÃO MÍNIMA AO LONGO DO SISTEMA CUSTOS RAZOÁVEIS E DURABILIDADE ALUMÍNIO ANODIZADO ELECTROPOLIDO FILMES DE PLÁSTICO COM REVESTIMENTO DE ALUMÍNIO FLUOROPOLÍMEROS POLÍMEROS ACRÍLICOS VIDRO DE BOROSSILICATO

13 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 13 PROJECTOS PROJECTO SOLÁGUA – DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA POR FOTOCATÁLISE SOLAR USANDO COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS – PROJECTO FINANCIADO PELA EMPRESA ÁGUAS DO DOURO E PAIVA PROJECTO FOTOSOLAR – DESTOXIFICAÇÃO DE EFLUENTES E PRÉ-TRATAMENTO DE ÁGUAS POR FOTOCATÁLISE SOLAR – PROJECTO FINANCIADO PELA EMPRESA EFACEC AMBIENTE

14 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 14 Desinfecção de Água por Fotocatálise Solar PROJECTO SOLÁGUA INSTALAÇÃO PILOTO SOLÁGUA

15 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 15 ÁGUA LIMPA TANQUE DE RECIRCULAÇÃO COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO CÉLULA FOTOVOLTAICA RADIÓMETRO TIO 2 SUSPENSO TIO 2 IMOBILIZADO MATRIZ DE PAPEL NW10 PROJECTO SOLÁGUA

16 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 16 TIO 2 EM SUSPENSÃO BASTANTE EFICAZ 1 kJ UV /L ( 10 MIN) REDUÇÃO 4 LOG PARA E. coli Desinfecção de Água por Fotocatálise Solar E. coli [C i ] = 10 3 UFC/mL 2 kJ/L [C i ] = 10 4 UFC/mL 4 kJ/L [C i ] = 10 5 UFC/mL 7 kJ/L Enterococcus [C i ] = 10 3 UFC/mL 15 kJ/L [C i ] = 10 4 UFC/mL 30 kJ/L [C i ] = 10 5 UFC/mL 35 kJ/L PROJECTO SOLÁGUA FOTÓLISE FOTOCATÁLISE

17 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 17 PROJECTO FOTOSOLAR INSTALAÇÃO PILOTO FOTOSOLAR RADIÓMETRO UV COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS (4.4 m 2 ) QUADRO ELÉCTRICO TANQUES DE RECIRCULAÇÃO TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA TANQUE DE CONDICIONAMENTO

18 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 18 PROJECTO FOTOSOLAR AJUSTE DO pH Fe < 0.5 mg/L SUSPENSÃO DE Fe ADIÇÃO DE Fe TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO TANQUE DE RECIRCULAÇÃO COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS ÁGUA RESIDUAL MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA CONTAMINADA ÁGUA LIMPA ADIÇÃO DE H 2 O 2 ADIÇÃO DE H 2 SO 4 pH ~ 2.8

19 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 19 PROJECTO FOTOSOLAR AJUSTE DO pH Fe < 0.5 mg/L SUSPENSÃO DE Fe INJECÇÃO DE AR ENTRADA DE Fe TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO TANQUE DE RECIRCULAÇÃO COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS TANQUE DE ARMAZENAMENTO ÁGUA LIMPA ENTRADA DE H 2 O 2 FOTOTRATAMENTO EFLUENTE BIODEGRADÁVEL TANQUE DE CONDICIONAMENTO CONTROLO DO pH ÁCIDO BASE CONTROLO DE OD REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA ENTRADA DE H 2 SO 4 pH ~ 2.8

20 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 20 COMBINAÇÃO DA FOTOCATÁLISE SOLAR COM TRATAMENTO BIOLÓGICO O TEMPO DE FOTOTRATAMENTO DEVE SER O SUFICIENTE PARA OBTER UMA ELEVADA EFICIÊNCIA NO TRATAMENTO BIOLÓGICO DIMINUIÇÃO DO TEMPO DE FOTOTRATAMENTO REDUÇÃO DA ÁREA DA INSTALAÇÃO REDUÇÃO DOS CUSTOS AUMENTO DA EFICIÊNCIA GLOBAL DO PROCESSO

21 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 21 TRATAMENTO DE LIXIVIADOS DE UM ATERRO SANITÁRIO PELA REACÇÃO FOTO-FENTON LIXIVIADO BRUTO LIXIVIADO APÓS UM DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR LIXIVIADO APÓS MEIO DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR

22 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 22 TRATAMENTO DE LIXIVIADOS DE UM ATERRO SANITÁRIO PELA REACÇÃO FOTO-FENTON CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 70 kJ UV /L 120 mM H 2 O 2 CONSUMIDO COD FINAL = 333 mg/L 56% MINERALIZAÇÃO DOS LIXIVIADOS

23 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 23 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA COZEDURA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON EFLUENTE BRUTO EFLUENTE APÓS 1 DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR EVOLUÇÃO DA COR AO LONGO DO FOTOTRATAMENTO EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR

24 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 24 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA COZEDURA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON EFLUENTE BRUTO EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR 1 TANQUE DE RECIRCULAÇÃO (300 L); 1 BOMBA DE RECIRCULAÇÃO (20 L/min) 7 UNIDADES DE CPCs; 16 TUBOS DE VIDRO DE BOROSSILICATO ÁREA DOS CPCs = 15.0 m 2 ; V t = 300 L; V i = 110 L; V i /V t = 0.37; d i = 30 mm

25 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 25 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA INDÚSTRIA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 15 kJ UV /L 33 mM H 2 O 2 CONSUMIDO COD FINAL = 300 mg/L (COD INICIAL = 777 mg/L) 49% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE LAVAGEM CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 114 kJ UV /L 151 mM H 2 O 2 CONSUMIDO COD FINAL = 1130 mg/L (COD INICIAL = 1748 mg/L) 48% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE COZEDURA DA CORTIÇA

26 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 26 CONCLUSÕES 1 O PROCESSO FOTOCATALÍTICO APENAS FAZ SENTIDO PARA O TRATAMENTO DE POLUENTES RECALCITRANTES; A COMBINAÇÃO DA FOTOCATÁLISE SOLAR COM O BIOTRATAMENTO PERMITE OBTER UM SISTEMA EFICIENTE E BARATO. A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR É UM VERDADEIRO PROCESSO DE TRATAMENTO, ENQUANTO QUE OS OUTROS SÃO APENAS TECNOLOGIAS DE SEPARAÇÃO DA CONTAMINAÇÃO. A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR APRESENTA ALGUMAS VANTAGENS: A UTILIZAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR COMO FONTE DE FOTÕES, O QUE SIGNIFICA QUE É UMA TECNOLOGIA LIMPA; O PROCESSO PODE SER HETEROGÉNEO (TiO 2 ) OU HOMOGÉNEO (FOTO- FENTON), COM A POSSIBILIDADE DE OBTER DIFERENTES REACÇÕES QUÍMICAS E INTERACÇÕES DE SUPERFÍCIE NÃO DISPONÍVEIS EM OUTROS SISTEMAS DE TRATAMENTO; PODE OPERAR EM FASE LÍQUIDA OU GASOSA EM CONTRASTE COM OUTROS PROCESSOS, COMO A OXIDAÇÃO COM OZONO OU PERÓXIDO DE HIDROGÉNIO, OS QUAIS SÃO APLICADOS GERALMENTE EM FASE LÍQUIDA; A DESTOXIFICAÇÃO SOLAR É UMA TECNOLOGIA MODULADA POSSIBILITANDO A FLEXIBILIDADE DO SISTEMA, O QUE É IMPORTANTE QUANDO SE PRETENDE TRATAR CAUDAIS MODERADOS OU BAIXOS.

27 FOTOCATÁLISE SOLARVÍTOR JORGE PAIS VILAR 27 AGRADECIMENTOS SUPERVISORES DOUTOR RUI ALFREDO DA ROCHA BOAVENTURA (LSRE-FEUP) DOUTOR MANUEL IGNACIO MALDONADO (CIEMAT-PSA) MEIOS DISPONIBILIZADOS E SUPORTE TÉCNICO FEUP (FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO) LSRE (LABORATÓRIO DE PROCESSOS DE SEPARAÇÃO E REACÇÃO) PSA (PLATAFORMA SOLAR DE ALMERIA) AdDP (ÁGUAS DO DOURO E PAIVA) EFACEC AMBIENTE – FCT (FUNDAÇÃO PARA A CIÊNCIA E A TECNOLOGIA) – BOLSA DE PÓS-DOC (REF.ª SFRH/BPD/34184/2006)


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