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Tesis > TEMA

Industrias [ 24 tesis ]

Tratamiento de Contaminantes [ 3 tesis ]

Ayude, María Alejandra. "Reactores trickle bed con operación periódica: aplicación al tratamiento de contaminantes en medio acuoso" (2006) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los reactores de lecho mojado, conocidos como reactores “trickle bed” (RTB), se emplean ampliamente en diversas industrias, petroquímica, química, bioquímica y para tratamiento de efluentes, siendo particularmente recomendados para la oxidación catalítica de contaminantes orgánicos, en particular de fenol, dada la baja relación de volumen de líquido a volumen de sólido que minimiza reacciones secundarias en fase homogénea. Dichos reactores, tradicionalmente, se operan en estado estacionario en condiciones en las cuales las resistencias externas al transporte de materia suelen ser significativas. La operación periódica constituye una alternativa para mejorar la performance del reactor sin necesidad de cambios de diseño significativos. El sistema opera continuamente en estado no estacionario incrementando la velocidad de transporte de materia hacia la superficie externa del catalizador. La modulación de flujo líquido afecta los fenómenos fluidodinámicos y de transporte y su interacción con la reacción química y genera acumulación en el interior de la partícula. A pesar de los numerosos resultados alentadores reportados, esta tecnología no se emplea aún a nivel industrial esencialmente por la falta de una metodología rigurosa de diseño. En este contexto, el presente trabajo aborda un estudio sistemático de la influencia de emplear modulación del caudal de líquido sobre una reacción catalítica en un RTB, a partir de: i) la formulación y resolución de un modelo exhaustivo a escala de pastilla catalítica, que provea los elementos necesarios para comprender la compleja interacción entre la dinámica de la reacción química y la transferencia de materia intrapartícula, y como la misma se ve afectada por la modulación del líquido que circula alrededor; ii) la determinación de la influencia de la modulación del flujo de líquido sobre los perfiles axiales y temporales de retención o “holdup” de líquido en una columna rellena con circulación de gas y líquido en cocorriente descendente (maqueta fría de un RTB). Se desarrolla una herramienta matemática para predecir condiciones de operación óptimas cuando el flujo de líquido es modulado, logrando establecer argumentos sólidos para decidir a priori si una estrategia de operación periódica mejorará o no la performance de un RTB. Asimismo, se obtiene información fluidodinámica relevante para describir el comportamiento del RTB bajo modulación de caudal de líquido, que resulta imprescindible para definir parámetros claves de diseño, los cuales se requieren para el modelo desarrollado a escala de pastilla catalítica.

Abstract:
Trickle bed reactors (TBR) are among the most widely commercially employed three phase fixed-bed reactors for applications in the petrochemical, chemical, biochemical and waste treatment processes. They are also suitable for the catalytic oxidation of dissolved organic contaminants, particularly to eliminate phenol from aqueous solutions, due to the low liquid to solid ratio that prevents undesirable secondary reactions. Traditionally, TBRs are operated at steady state conditions in the trickle flow regime, a regime with low gasliquid interaction where the reaction rate is frequently controlled by external mass transfer resistances. Periodic operation refers to a mode of process that can be implemented with very low investment, in which the system is forced to run continuously in a transient mode. Arising from the competition between the phases in supplying reactants to the catalyst, the possibility of performance enhancement exists. In spite of numerous works reporting the improvements arising from periodic operation of TBRs, a cycling strategy is still not been applied commercially mainly due to the lack of an established methodology of design. Hence, rigorous experimental and modeling efforts are still necessary to understand the phenomena underlying periodic operation before commercial implementation. In this context, the present work has the aim of i) providing a mathematical tool for interpreting experimental results and predicting optimal operating conditions for liquid flow modulation. Modeling allows fundamentally based arguments to decide whether a cyclic strategy would provide process intensification; ii) finding a suitable way to describe the hydrodynamic behavior of a TBR under liquid flow modulation, to be incorporated into the model at particle scale. A mathematical tool aiding the establishment of optimal operating conditions for periodic operation is developed, which allows proposing fundamentally based arguments to decide a priori if a cycling strategy would be favorable to improve TBR performance for a given reaction system. Likewise, relevant hydrodynamic information to describe TBR behavior under liquid flow modulation is obtained. This information allows determination of key design parameters, required to improve the model proposed at the particle scale and to extend it to the integral reactor.

Arango Romero, Paola Andrea. "Evaluación de alternativas para el tratamiento de lixiviados en el relleno sanitario Antanas del Municipio de San Juan de Pasto en Colombia" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El agua es uno de los recursos naturales más íntimamente unido a la vida, se encuentra de forma abundante en la Tierra, por ello este recurso se ha convertido en tema de discusión a nivel mundial, por la importancia y la necesidad de abogar la gestión sostenible sobre todo de los recursos de agua dulce. En los países en desarrollo, el consumo de agua y la generación de residuos sólidos está en aumento; el tema de la gestión de residuos resulta un problema complejo en el cual se integran conceptos ambientales, económicos, institucionales y sociales. Por todo esto la legislación ambiental en Colombia ha cambiado su normativa para regular el vertimiento a los cuerpos de aguas continentales superficiales, buscando disminuir la contaminación. Las empresas encargadas de el manejo y disposición final de los residuos sólidos urbanos cada día deben implementar metodologías más eficientes para la remoción de los parámetros presentes en los lixiviados. Por tal motivo, la presente investigación tiene como objetivo principal evaluar el actual proceso de tratamiento de lixiviados del relleno sanitario Antanas, con respecto al cumplimiento de la normativa ambiental decreto aplicado hasta el momento y la nueva reglamentación; 1594/84 y el 3930/10 respectivamente, determinar el grado de eficiencia de los procesos de remoción, evaluar tecnologías complementarias alternativas para asegurar el cumplimiento de la nueva normativa ambiental y, desarrollar una evaluación multicriterial que posibilita la participación de distintos actores involucrados en el tema de los residuos sólidos, a través de la elección de criterios que compone las dimensiones técnico-económica, social, ambiental y político institucional, en un marco de calificación directa de las distintas alternativas de tratamiento. Este trabajo se realizó en base a los datos suministrados por la empresa Metropolitana de Aseo de Pasto EMAS S.A. E.S.P para analizar el funcionamiento y eficiencia de la planta de tratamiento de lixiviados, la revisión de material bibliográfico, la comparación de los resultados obtenidos en las pruebas piloto utilizando las tecnologías alternativas de membranas y los humedales como tecnología complementaria al tren de tratamiento de lixiviados, y la aplicación de la metodología de análisis multicriterio. Al analizar los resultados obtenidos durante los monitoreos se logró establecer que el actual tratamiento de lixiviados resulta eficiente en el cumplimiento de la anterior normativa, decreto 1594 de 1984, con los parámetros DQO, DBO5 y sulfatos, donde se obtuvieron remociones al final del monitoreo (marzo del 2012) del 99 y 100% para DQO y DBO5 respectivamente. Los parámetros más críticos resultaron grasas y aceites y sólidos totales con remociones relativamente bajas que no alcanzan a cumplir con la normativa ambiental. Con respecto a DQO, nitrógeno y fósforo se requieren ajustes que permitan mejorar la eficiencia para alcanzar el límite máximo permitido. En el caso de los sólidos suspendidos totales el rendimiento del proceso actual no es eficiente, se esperaría que la mayor remoción de SST ocurra en el reactor de lodos activados y en la planta físico-química, por lo que se requiere implementar acciones de mejora en estos procesos. Un análisis más exhaustivo sobre estas dos etapas del TTL será necesario realizar con la finalidad de identificar el funcionamiento del reactor de lodos, la eficiencia de los coagulantes/floculantes utilizados, la capacidad del sistema en relación a los tiempos de retención y los caudales de efluente utilizados en estas etapas parciales del TTL. También habría que considerar el ingreso del lixiviado del Vaso I en la planta físico-química que podría estar alterando la capacidad de la planta. Del análisis comparativo de las eficiencias de los procesos evaluados para remover los principales componentes de los lixiviados en el marco de las normativas ambientales, tanto en el escenario anterior (decreto 1594 del 84) como con el actual (decreto 3930 de 2010), se observa que las tecnologías de membranas acopladas resultan eficientes y cumplen con la actual normativa (que es más rigurosa que la anterior) aunque no resuelven totalmente el tratamiento ya que generan concentrados con alta carga de materia orgánica que requiere un tratamiento posterior. La tecnología de membranas VSEP por sí misma no mejora significativamente la eficiencia de remoción que tiene el proceso convencional TTL. La tecnología complementaria (TTL+ Humedal) resulta beneficiosa para la remoción de los contaminantes aunque requiere algunos ajustes para alcanzar un mayor nivel de remoción de los SST. Como se observa del análisis de los resultados de la evaluación multicriterial, la tecnología mejor ponderada es el sistema de membranas que claramente en los resultados de las pruebas piloto mostró alta eficiencia en la remoción de los contaminantes, aunque no queda reflejado el aspecto relacionado a los altos costos económicos que su implementación y mantenimiento implica. De igual forma se observa una mayor aceptación a la implementación de sistemas de evaporación, aunque también aspectos vinculados a la calidad del aire y del agua han sido considerados como desfavorables por la mayoría de los actores. Si bien la tecnología complementaria de humedales no fue ponderada favorablemente desde las diferentes dimensiones se identificó como altamente probable de implementar dada su compatibilidad con las políticas, el marco legal y la normativa ambiental existente.

Doumic, Lucila Inés. "Nuevas estrategias para la oxidación catalítica de compuestos orgánicos en medio acuoso" (2015-03-27) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En este trabajo se estudiaron diferentes alternativas de tratamiento de efluentes acuosos que contienen contaminantes orgánicos coloreados, basadas en procesos de oxidación avanzada homogéneos y heterogéneos. Se investigó la eficiencia de los procesos Fenton y foto-Fenton-solar (a escalas laboratorio y piloto) en la degradación de un colorante modelo, el colorante azoico Orange G (OG), y de un efluente textil simulado. Se analizó el efecto de distintas condiciones de operación sobre la eficiencia del proceso Fenton homogéneo en la oxidación de soluciones acuosas de OG, y se propuso un modelo cinético global (“lumped kinetic model”) para estimar la velocidad de eliminación de carbono orgánico disuelto (COD). Se encontró que los procesos Fenton y foto-Fenton tradicionales se ven limitados en su eficiencia para alcanzar la mineralización del efluente textil simulado debido a la precipitación de complejos insolubles entre el Fe y la materia orgánica. Sin embargo, al promover la formación de complejos solubles, estables y fotoactivos de Fe mediante el agregado de ácido oxálico, se lograron niveles satisfactorios de oxidación en escala laboratorio y de planta piloto. Posteriormente, se desarrollaron y caracterizaron catalizadores sólidos con el fin de llevar a cabo un proceso tipo-Fenton heterogéneo que permita eliminar las etapas de remoción de precipitados y catalizador posteriores a los procesos homogéneos. La fase activa de estos catalizadores es azul de Prusia (compuesto de hierro de valencia mixta), y se empleó carbón activado granular o esferas de ɣ-Al2O3 mesoporosa comercial como soportes. Se estudió la influencia del método de preparación sobre la actividad catalítica y estabilidad en la oxidación tipo-Fenton de soluciones de OG. Los mejores resultados se obtuvieron con catalizadores en los que se sintetizaron las nano-partículas de azul de Prusia por un método indirecto y adsorción inmediata de las mismas sobre ɣ-Al2O3. Este catalizador tipo egg-shell demostró ser activo y estable para la oxidación de OG en condiciones suaves de operación. PALABRAS CLAVES: Fenton homogénea, Foto-Fenton-solar, oxidación tipo-Fenton heterogénea, Nanopartículas de azul de Prusia, Orange G, Alúmina, Efluente textil, Carbón activado.

Abstract:
The homogeneous and heterogeneous advanced oxidation processes were studied for the treatment of wastewaters with colored organic pollutants. The efficiency of the Fenton and the solar-photo-Fenton processes (at laboratory and pilot scales) was studied for the degradation of the model azo-dye Orange G (OG), and a simulated textile wastewater. The effect of different operating conditions on the efficiency of the homogeneous Fenton oxidation of aqueous solutions of OG was analyzed, and a lumped kinetic model for the dissolved organic carbon (DOC) removal rate was proposed. The traditional Fenton and photo-Fenton processes are limited in their efficiency to degrade and mineralize the simulated textile wastewater due to precipitation of insoluble iron-organics complexes. However, by promoting formation of soluble, stable and photoactive iron complexes by adding oxalic acid, the simulated effluent could be successfully treated both at laboratory and pilot plant scales. Afterwards, solid catalysts for a Fenton-like heterogeneous process were developed and characterized, to avoid separation stages that are required for homogeneous processes. The active phase for these catalysts is Prussian Blue (a mixed-valent iron compound), and granular activated carbon or ɣ-Al2O3 commercial mesoporous spheres were used as supports. The influence of the preparation method on the catalytic activity and stability in the Fenton-like oxidation of OG aqueous solutions was studied. The best results were obtained with the catalyst containing Prussian Blue nanoparticles synthesized using an indirect method, and immediate adsorption onto ɣ-Al2O3. The resulting egg-shell catalyst proved to be active and stable for the oxidation of model compounds under mild operating conditions. KEY WORDS: Homogeneous Fenton, Solar-photo-Fenton, Heterogeneous Fenton-like oxidation, Prussian Blue nanoparticles, Orange G, Alumina, Textile wastewater, Activated carbon.

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