APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS Good afternoon. My name is Simone and I have a pos-doc fellow at LSRE ander.

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1 APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS
Good afternoon. My name is Simone and I have a pos-doc fellow at LSRE ander supervísion of Prof. Rodrigues. This presentátion deals with the “Synthesis of New Adsorbents for Control of Greenhouse Gases” which is part of my work. FOTOCATÁLISE FOTOCATÁLISE SOLAR DE COMPOSTOS BIODEGRADABILIDADE TOXICIDADE TiO2 R&D FOTO-FENTON BIOTRATAMENTO RECALCITRANTES OPTIMIZAÇÃO INVESTIGADORES: VÍTOR JORGE PAIS VILAR RUI ALFREDO DA ROCHA BOAVENTURA 1

2 CONTEÚDOS RADIAÇÃO SOLAR PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR
FOTOCATÁLISE SOLAR HETEROGÉNEA (TiO2) HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON) COLECTORES SOLARES COLECTORES CONCENTRADORES PARABÓLICOS COLECTORES NÃO-CONCENTRADORES COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS PROJECTOS PROJECTO SOLÁGUA PROJECTO FOTOSOLAR CONCLUSÕES

3 RADIAÇÃO SOLAR EM PORTUGAL
INSOLAÇÃO MÉDIA ANUAL RADIAÇÃO GLOBAL MÉDIA ANUAL PORTO – 2458 h; 14.7 MJ/m LISBOA – 2581; 16.3 MJ/m2 ÉVORA – 2732; 16.8 MJ/m FARO – 2974; 17.0 MJ/m2

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 PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR
DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR FOTOCATÁLISE SOLAR ÁGUA AR DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL RECURSOS RENOVÁVEIS RADIAÇÃO SOLAR 3.5% % PRODUÇÃO DE ENERGIA RADIAÇÃO UV DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR DESTOXIFICAÇÃO DE EFLUENTES DESINFECÇÃO DE ÁGUA DESTOXIFICAÇÃO DE AR

6 PROCESSOS DE OXIDAÇÃO AVANÇADOS
 TiO2/UV FOTOCATÁLISE SOLAR Fe3+/H2O2/UV

7 FOTOCATÁLISE SOLAR UV/TiO2 RESISTÊNCIA QUÍMICA
RESISTÊNCIA À FOTOCORROSÃO SEGURANÇA NO MANUSEAMENTO BAIXO CUSTO  < 390 nm (RADIAÇÃO SOLAR)

8 FOTOCATÁLISE SOLAR FOTO-FENTON HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON) UV/Fe3+/H2O2
VANTAGENS VELOCIDADE DE REACÇÃO ELEVADA BARATO, REAGENTES NÃO TÓXICOS (Fe, H2O2, ÁCIDO, BASE)  < 580 nm (RADIAÇÃO SOLAR) DESVANTAGENS AJUSTE DO pH ( ) REMOÇÃO DO FERRO COMPLEXOS PERSISTENTES COM O FERRO LEVAM À PARAGEM DA REACÇÃO

9 COLECTOR CONCENTRADOR PARABÓLICO COLECTOR NÃO-CONCENTRADOR
COLECTORES SOLARES COLECTOR CONCENTRADOR PARABÓLICO COLECTOR NÃO-CONCENTRADOR

10 COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO
VANTAGENS PRINCIPAIS: 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

11 COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS
RADIAÇÃO DIRECTA E DIFUSA SUPERFÍCIE REFLECTORA FOTOREACTOR

12 COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO
SUPERFÍCIE REFLECTORA ELEVADA REFLECTIVIDADE NA GAMA UV DURABILIDADE ACEITÁVEL AO AR LIVRE CUSTO RAZOÁVEL ALUMÍNIO ANODIZADO ELECTROPOLIDO FILMES DE PLÁSTICO COM REVESTIMENTO DE ALUMÍNIO 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 FLUOROPOLÍMEROS POLÍMEROS ACRÍLICOS VIDRO DE BOROSSILICATO

13 PROJECTOS PROJECTO SOLÁGUA PROJECTO FOTOSOLAR
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 COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO
PROJECTO SOLÁGUA Desinfecção de Água por Fotocatálise Solar QUADRO ELÉCTRICO TANQUE DE RECIRCULAÇÃO COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO 0.6 m2; V = 20 L; QMAX = 15 L/min CÉLULA FOTOVOLTAICA 35 W RADIÓMETRO UV TANQUE DE RECIRCULAÇÃO BATERIA COLECTOR DE AMOSTRAS BATERIA VÁLVULAS BOMBA INSTALAÇÃO PILOTO SOLÁGUA

15 PROJECTO SOLÁGUA TIO2 SUSPENSO CÉLULA FOTOVOLTAICA TANQUE DE
RECIRCULAÇÃO RADIÓMETRO COLECTOR PARABÓLICO COMPOSTO ÁGUA LIMPA TIO2 IMOBILIZADO MATRIZ DE PAPEL NW10

16 TIO2 EM SUSPENSÃO BASTANTE EFICAZ
PROJECTO SOLÁGUA Desinfecção de Água por Fotocatálise Solar FOTÓLISE E. coli [Ci] = 103 UFC/mL  2 kJ/L [Ci] = 104 UFC/mL  4 kJ/L [Ci] = 105 UFC/mL  7 kJ/L Enterococcus [Ci] = 103 UFC/mL  15 kJ/L [Ci] = 104 UFC/mL  30 kJ/L [Ci] = 105 UFC/mL  35 kJ/L FOTOCATÁLISE TIO2 EM SUSPENSÃO BASTANTE EFICAZ 1 kJUV/L ( 10 MIN) REDUÇÃO 4 LOG PARA E. coli

17 PROJECTO FOTOSOLAR INSTALAÇÃO PILOTO FOTOSOLAR RADIÓMETRO UV
TANQUE DE CONDICIONAMENTO TANQUES DE RECIRCULAÇÃO COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS (4.4 m2) REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA INSTALAÇÃO PILOTO FOTOSOLAR QUADRO ELÉCTRICO TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO

18 PROJECTO FOTOSOLAR MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA CONTAMINADA AJUSTE DO pH
ÁGUA RESIDUAL Fe < 0.5 mg/L ÁGUA LIMPA TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO TANQUE DE RECIRCULAÇÃO SUSPENSÃO DE Fe ADIÇÃO DE H2O2 ADIÇÃO DE Fe ADIÇÃO DE H2SO4 pH ~ 2.8 MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA CONTAMINADA COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS

19 PROJECTO FOTOSOLAR FOTOTRATAMENTO EFLUENTE BIODEGRADÁVEL
AJUSTE DO pH CONTROLO DO pH TANQUE DE ARMAZENAMENTO Fe < 0.5 mg/L BASE TANQUE DE SEDIMENTAÇÃO ÁCIDO TANQUE DE RECIRCULAÇÃO TANQUE DE CONDICIONAMENTO CONTROLO DE OD ENTRADA DE H2O2 SUSPENSÃO DE Fe INJECÇÃO DE AR ÁGUA LIMPA ENTRADA DE Fe ENTRADA DE H2SO4 REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA pH ~ 2.8 FOTOTRATAMENTO EFLUENTE BIODEGRADÁVEL COLECTORES PARABÓLICOS COMPOSTOS

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 LIXIVIADO APÓS UM DIA DE EXPOSIÇÃO SOLAR
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 LIXIVIADO BRUTO

22 TRATAMENTO DE LIXIVIADOS DE UM ATERRO SANITÁRIO PELA REACÇÃO FOTO-FENTON
CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 70 kJUV/L 120 mM H2O2 CONSUMIDO CODFINAL = 333 mg/L 56% MINERALIZAÇÃO DOS LIXIVIADOS

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

24 EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR
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 m2; Vt = 300 L; Vi = 110 L; Vi/Vt = 0.37; di = 30 mm

25 TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA INDÚSTRIA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON
CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 15 kJUV/L 33 mM H2O2 CONSUMIDO CODFINAL = 300 mg/L (CODINICIAL = 777 mg/L) 49% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE LAVAGEM CONDIÇÕES ÓPTIMAS DE FOTOTRATAMENTO 114 kJUV/L 151 mM H2O2 CONSUMIDO CODFINAL = 1130 mg/L (CODINICIAL = 1748 mg/L) 48% MINERALIZAÇÃO DA ÁGUA DE COZEDURA DA CORTIÇA

26 CONCLUSÕES 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 (TiO2) 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. 1

27 AGRADECIMENTOS SUPERVISORES MEIOS DISPONIBILIZADOS E SUPORTE TÉCNICO
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)