Evaluación económica de un modelo de tratamiento de aguas con contenido fenólicos utilizando la técnica Fenton/Foto-Fenton

Abstract

El presente estudio económico consiste en la comparación entre los costos involucrados en la aplicación de los procesos Fenton y foto-Fenton en el tratamiento de aguas con contenido fenólico. Para ello, se tuvo que determinar las cantidades mínimas de H2O2 235 mM y Fe2+ 100 mM que aseguren una alta degradación de una solución fenólica de 20 ppm de concentración. Sus valores resultaron ser de 780 pL de Fe2+ y 7 mL de H2O2 para el proceso Fenton, y de 600 pL de Fe2+ y 8 mL de H2O2 para el proceso foto-Fenton correspondientes a una solución fenólica de 990 mL. El porcentaje de degradación máximo alcanzado con ambos procesos fue 99% en un tiempo de reacción de 10 minutos a temperatura ambiente (25°C). Para el estudio económico también fue necesario determinar cuál es el inhibidor que detiene mejor la reacción, éste resultó ser el NaOH 1 M. Además, se comparó los diferentes tipos de radiación UV que se utilizan en el proceso foto-Fenton, la radiación UV-A resultó ser la más eficiente y en el estudio económico se consideró el costo de su respectiva lámpara. Otros estudios realizados con el fin de conocer mejor el comportamiento de los procesos fueron las distintas maneras de agregar el H2O2 y el efecto que tiene la concentración inicial del fenol sobre los porcentajes de degradación alcanzados. El valor del pH para el buen rendimiento de estos procesos ya está establecido y está en el rango de 2,8 a 3, por eso no se estudió como variable en el presente trabajo. Con las condiciones óptimas determinadas se procedió a escalar los procesos a una escala industrial con una capacidad de procesamiento de 120 m3 de efluente diario. A esta escala se realizó la comparación económica, considerando los costos de inversión, operación y mantenimiento de cada proceso, en los cuales el proceso Fenton resultó ser más económico que el foto-Fenton con una diferencia de 1,54 PEN por cada litro de efluente procesado. Finalmente se concluyó que ambos procesos son eficientes para la degradación de aguas con contenido fenólico, pero el más económico a una escala industrial es el proceso Fenton.

The present economic study consists in the comparison between the costs involved in the application of the Fenton and photo-Fenton processes in the treatment of waters with phenolic content. For this, the minimum amounts of 235 mM H2O2 and 100 mM Fe2+ that ensure a high degradation of a phenolic solution of 20 ppm concentration had to be determined. Their values were 780 pL of Fe2+ and 7 mL of H2O2 for the Fenton process, and 600 pL of Fe2+ and 8 mL of H2O2 for the photo- Fenton process corresponding to a phenolic solution of 990 mL. The percentage of maximum degradation achieved with both processes was 99% at a reaction time of 10 minutes at room temperature (25°C). For the economic study, it was also necessary to determine the inhibitor that stops the reaction better. This turned out to be 1 M NaOH. Besides, the different types of UV radiation used in the photo- Fenton process were compared, UV- A was the most efficient and in the economic study was considered the cost of their respective lamp. Other studies to better understand the behavior of the processes were the different ways of adding H2O2 and the effect of the initial phenol concentration on the percentages of degradation achieved. The pH value for the good performance of these processes is already established and is in the range of 2,8 to 3, so it was not studied as a variable in the present work. With the optimum conditions determined, the processes were scaled to an industrial scale with a processing capacity of 120 m3 of effluent per day. The economic comparison was made at this scale, considering the costs of investment, operation and maintenance of each process, in which the Fenton process turned out to be more economical than the photo-Fenton with a difference of 1,54 PEN per liter of processed effluent. Finally, it was concluded that both processes were efficient for the degradation of waters with phenolic content, but the most economical on an industrial scale is the Fenton process.