Proiect: 8 PTE/2016 etapa II

Titlu proiect: 8 PTE ⁄ 2016 Titlu proiect: DEPOLUAREA APELOR CU CONTINUT DE COMPUSI ORGANICI GREU BIODEGRADABILI (DISRUPTORI ENDOCRINI) PRIN PROCESE DE OXIDARE AVANSATA UTILIZAND CATALIZATORI INOVATORI

Acronim: OXYDEP

REZUMATUL ETAPEI II: Validarea in mediul industrial a tehnologiei propuse

TERMEN DE REALIZARE: 15 decembrie 2017

Cuvinte cheie: disruptori endocrini, catalizatori inovatori, tehnologii si sisteme pentru depoluarea si tratarea apei

Prezentul rezumat sintetizeaza rezultatele activitatilor din Etapa II-a din cadrul proiectului „Validarea in mediul industrial a tehnologiei propuse” , activitati derulate in scopul validarii in mediul industrial a tehnologiei de depoluare a apelor cu continut de compusi organici greu biodegradabili (disruptori endocrini).

Tehnologia se adreseaza unei  categorii largi de aplicaţii în domeniul tratării apelor, atât reziduale cât și potabile, în funcţie de aplicaţie putând fi configurată pentru: tratarea apelor reziduale industriale în vederea epurarii sau recirculării în scop tehnologic, integrarea în trepte de epurare clasice pentru eliminarea poluanţilor organici nebiodegradabili și creşterea gradului de biodegradabilitate, decontaminarea apei provenind din surse contaminate și utilizate pentru producerea apei potabile, utilizarea în situaţii de urgenţă sau situaţii de hazard.

Activităţile derulate în această etapă sunt:

  1. Realizarea modelului funcţional în vederea implementării tehnologiei în mediul industrial
  2. Sinteza și fabricarea catalizatorilor optimizaţi pentru tehnologie
  3. Caracterizarea catalizatorilor optimizaţi
  4. Experimentări pe modelul funcţional utilizând catalizatorii optimizaţi
  5. Simulare model funcţional în vederea stabilirii parametrilor de operare optimală
  6. Studiul și analiza comparativă a efectelor implementării tehnologiei prin analize de apa pre-și post tratament
  7. Caracterizarea  analitică a catalizatorilor pre și post tratament
  8. Elaborare referenţial initial. Studiu de fezabilitate pentru tehnologia propusă
  9. Diseminarea rezultatelor
  10. Protejarea drepturilor de proprietate intelectuală. Depunere cerere brevet invenţie
  11. Proiectare prototip

Prima activitate aferentă acestei etape a implicat realizarea modelului funcţional pentru  modulul de depoluare a apelor cu conţinut de compuşi organici greu biodegradabili.

Fluxul tehnologic aferent modulului de depoluare a apelor cu conţinut de compuşi organici greu biodegradabili  include trepte de contact apa-ozon și reactorul catalitic, urmat de filtrul de adsorbţie. Acest modul este configurat în aşa fel încât să poată fi operat atât cu pat catalitic imobilizat, cât și în mediu fluidizat. Modulul poate funcţional atât în regim INPUT-OUTPUT cât și în regim de recirculare. Modulul se compune din:

Treaptă de contact apă -ozon compusă la rândul ei din:

  1. Contactor ozon cu membrană
  2. Vas contact și reacţie bifazică (apa/ozon) echipat cu dispersor poros la bază
  3. Generator de ozon
  4. Generator de oxigen
  5. Distrugator ozon rezidual
  6. Rotametre pentru distribuţie ozon
  7. Vane prelevare probă gaz
  8. Vane prelevare  probă apă

Reactor de ozonizare catalitică

Filtru cu adsorbţie

Legăturile hidraulice  între subansambluri sunt  realizate cu conducte și armături din oţel inoxidabil alimentar. Toate armăturile și legăturile sunt de tip clamp, specifice industriei alimentare. Presiunea maximă a apei la intrarea în modul este de 1.5 atmosfere, iar presiunea gazului oxigen-ozon este de maxim 1,0 bar.

Schema funcţională a  sistemului este conform figurii de mai jos.

 

 

 

Mai jos se regaseste o prezentare vizuala a modulului de depoluare a apelor cu continut de compusi organici greu biodegradabili.

Ansamblu modul

Activitatile etapei includ: o caracterizare a catalizatorilor optimizati, experimentari pe modelul functional utilizand acesti catalizatorii optimizati si o simulare numerica a modelului functional.

Realizarea experimentarilor pe modelul functional au urmarit doua obiective de baza: teste functionale privind capacitatea hidraulica a modelului functional si cea operationala legata de atingerea unor valori necesare pentru concentratia de ozon dizolvat (teste „la rece”) si teste legate de capacitatea si eficienta modelului de degradare a unor compusi organici (ibuprofen) prezenti in solutii sintetice.

Teste functionale

Testele au fost efectuate pe un  volum de apa prestabilit, pe o solutie sintetica cu o concentratie de 100 mg/L ibuprofen. Estimarile degradarii oxidative au fost facute indirect prin evaluarea carbonului organic total (TOC). Testele s-au facut pentru o concentratie de catalizator de 2,5 g/L.

Rezultatele sunt prezentate in Figura 2.

  

Se observă evoluţia degradativă, în domeniul de teste nefiind înca sesizat un efect de saturare. Rezultatele testelor și experimentelor efectuate permit să concludem ca evoluţia concentraţiilor de ozon dizolvat în sistem permit inducerea proceselor de ozonizare catalitică, având drept efect degradarea oxidativă a poluantului din soluţia sintetică. Sistemul cu recirculare permite utilizarea eficientă a catalizatorului putând fi combinată ozonizarea catalitică și reţinerea produşilor pe filtrul de adsorbţie, procesul având loc iterativ, până la scăderea concentraţiilor de poluant sub pragul dorit. Răspunsul sistemului la semnalul treaptă al agentului oxidant (ozon) evidenţiază eficienţa filtrului de adsorbţie.

Proiectarea și implementarea sistemelor de oxidare avansată se bazeazǎ pe o bună cunoaştere iniţială a comportamentului unor modele la scara și a unor modele experimentale. A fost facută o modelare numerică a coloanei de contact și reacţie utilizând metoda elementelor finite (FEM). Rezultatele modelării, incluzând atât parametrii de natura hidraulică a curgerii bifazice, cât și cei legaţi de transferul de masa sunt prezentate în cele ce urmează. Modelarea a fost facută considerând un debit constant de lichid (apa) la valori variabile ale concentraţiei de ozon în gazul de la intrare în sistem. Figurile 3 și 4prezintă distribuția vitezelor mediului lichid și a mediului gazos (bulele) în secțiunea longitudinală a coloanei.

     Fig.3 Distribuţia vitezelor în lichid                     Fig.4 Distribuţia vitezelor în gaz

 Modelarea numerică a proceselor de filtrare şi adsorbţie în sisteme cu reacţie chimică implică concurenţa a două categorii de procese:

  1. Procese hidraulice, de curgere prin medii poroase;
  2. Procese de transport de masă cu reacţii chimice (difuzie, convecţie, reacţii chimice)

Modelul dezvoltat pentru sistemul de filtrare multimedia și adsorbţie în medii cu concentraţie de ozon dizolvat permite elaborarea specificațiilor tehnice de proiectare în special pentru sistemele cu biofiltrare, sisteme în care concurența unor procese de oxidare avansată cu procesele de biofiltrare trebuie să acţioneze pe medii bine definite, o concentraţie peste un anumit prag a ozonului dizolvat putând duce la inhibarea dezvoltării bacteriene, și în consecinţă la “dezamorsarea ” filtrului.

Modelarea numerică a unor stagii unitare permite abordarea etapei de proiectare tehnologică a proceselor de tratare cu reducerea semnificativă a timpilor necesari acestei etape și furnizarea unor date coerente de intrare pentru dezvoltarea unor modele dinamice necesare implementării algoritmilor de automatizare a proceselor.

În scopul testării activității catalizatorilor preparaţi s-a utilizat un reactor semicontinuu (figura 6) în care soluţia de poluant era introdusă în reactor iar aerul cu conţinut de ozon se barbotează prin volumul de soluţie