Peroxide promoted catalytic wet air oxidation of phenolic aqueous solutions using activated carbon as catalyst

Author

Rubalcaba Mauri, Alicia

Director

Fabregat i Llangostera, Azael

Date of defense

2007-07-30

ISBN

9788469103722

Legal Deposit

T.2190-2007



Department/Institute

Universitat Rovira i Virgili. Departament d'Enginyeria Química

Abstract

Tesi Alícia Rubalcaba<br/><br/>La creixent complexitat dels efluents residuals així com la manifesta oposició pública cap a determinades tècniques convencionals per a la gestió de residus, com és la incineració, ha accelerat el desenvolupament de tractaments econòmics i respectuosos amb el medi ambient. Hi ha pocs dubtes sobre que els processos de degradació biològica continuïn sent els més utilitzats pel tractament d'aigües residuals. Malgrat això, quan els processos biològics s'apliquen al tractament d'efluents industrials, no sempre arriben a nivells de depuració satisfactoris, ja que moltes substàncies orgàniques produïdes per les indústries químiques són inhibidores, tòxiques o resistents a l'oxidació biològica. L'Oxidació Humida Catalítica (CWAO, de l'anglès Catalytic Wet Air Oxidation) és una de les tecnologies més prometedores per al tractament d'aigües que continguin una alta càrrega orgànica o amb presència de contaminants biotòxics. A més a més, el procés CWAO ha demostrat recentment la seva eficàcia com a pretractament químic, produint efluents que poden ser tractats posteriorment mitjançant un sistema biològic. Una opció per suavitzar les condicions d'operació de la CWAO o per al tractament de contaminants resistents a aquest procés és afegir petites quantitats d'un oxidant més potent que l'aire, com ara el peròxid d'hidrogen. Aquest procés s'anomena Oxidació Humida Catalítica Promoguda amb Peròxid d'Hidrogen (PP-CWAO, de l'anglès Peroxide Promoted Catalytic Wet Air Oxidation). Per a l'estudi d'aquest procés recentment desenvolupat, l'activitat i l'estabilitat del carbó actiu (AC) s'han provat a la PP-CWAO de solucions aquoses de fenol. Aquest compost s'ha elegit com a model degut a que els residus fenòlics són uns dels contaminants més habituals als efluents de les indústries químiques, que a més es caracteritzen per una elevada toxicitat i una escassa biodegradabilitat. A aquesta tesi, les solucions fenòliques s'han tractat en un reactor de llit fix de goteig a condicions de pressió i temperatura mitjanes (<15 bar, <150 ºC), amb aire com a principal agent oxidant i peròxid d'hidrogen com a promotor de la oxidació. En primer lloc, s'ha estudiat l'efecte sinèrgic o promotor de l'H2O2 per a facilitat la reacció d'oxidació del fenol sobre AC. A continuació, el procés PP-CWAO s'ha aplicat al tractament d'altres compostos fenòlics a unes condicions d'operació seleccionades. Finalment, s'han preparat uns catalitzadors de ferro suportat sobre AC i s'han aplicat a la oxidació de fenol. Els resultats d'aquest estudi s'han avaluat en funció de la reducció de la càrrega orgànica i l'augment de la biodegradabilitat de les solucions tractades. Es pot concloure que el procés PP-CWAO podria ser inclòs entre els pretractaments químics aplicables a aigües residuals tòxiques o concentrades, que, un cop optimitzat, produiria efluents innocus per un posterior tractament biològic.


Thesis Alícia Rubalcaba<br/><br/>The increasing complexity of wastewater streams as well as the unfavourable public opinion about some conventional waste management techniques, e.g. incineration, is forcing the development of cost-competitive and environmentally acceptable waste treatments. There is little doubt that biological processes will continue to be employed as a baseline treatment processes for most wastewater. However, when biological processes are applied to treatment of industrial effluents, they do not always give satisfactory results, sine many organic substances produced by the chemical and related industries are inhibitory, toxic and/or resistant to biological oxidation. The Catalytic Wet Air Oxidation (CWAO) process is one of the most promising technologies for the remediation of concentrated and/or biotoxic water pollutants, when a stable and active catalyst can be provided. In addition, CWAO has recently proved to be effective as chemical pre-treatment that could give effluents suitable for a subsequent biological end treatment. An alternative to lower CWAO operation conditions or to treat some refractory compounds is to supply little amount of a stronger oxidant such as hydrogen peroxide in a process referred as to Peroxide Promoted Catalytic Wet Air Oxidation (PP-CWAO). To study the potentialities of this newly developed oxidation process, the catalytic activity and stability of activated carbon (AC) was tested in the PP-CWAO of phenolic aqueous solutions. Phenol was chosen as model compound because of phenolic wastes are one of the most prevalent forms of chemical pollutants, characterised by a high toxicity and a poor biodegradability. In this work, phenolic water was treated in a trickle bed reactor (TBR) at mild pressure and temperature conditions (<15 bar, <150 ºC), using air as main oxidant agent and hydrogen peroxide merely being a promoter. First, the synergistic or promoting ability of H2O2 to facilitate the oxidation reaction of phenol over AC was analysed. Secondly, some selected conditions were tested for the oxidation of other phenolic compounds such as o-cresol and p-nitrophenol. Finally, iron containing AC catalysts were prepared and applied to the oxidation of phenol. Results were evaluated in terms or organic load removal and biodegradability improvement. It can be concluded that this newly developed process could be included among chemical pre-treatments for toxic and concentrated wastewater that, once optimised, could lead to innocuous effluents for a subsequent biological process.

Keywords

catalytic wet oxidation; hydrogen peroxide; activated carbon; phenol

Subjects

504 - Threats to the environment; 62 - Engineering. Technology in general; 628 - Public health engineering. Water. Sanitation. Illuminating engineering

Documents

TESI.pdf

1.611Mb

 

Rights

ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.

This item appears in the following Collection(s)