APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS

1. APLICAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR AO TRATAMENTO DE ÁGUAS E EFLUENTES INDUSTRIAIS 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

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 RADIAÇÃO GLOBAL MÉDIA ANUAL INSOLAÇÃO MÉDIA ANUAL PORTO – 2458 h; 14.7 MJ/m2 LISBOA – 2581; 16.3 MJ/m2 ÉVORA – 2732; 16.8 MJ/m2 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. DESINFECÇÃO SOLAR DE ÁGUA FOTOCATÁLISE SOLAR DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR AR ÁGUA PROCESSOS E APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO SOLAR DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL RECURSOS RENOVÁVEIS RADIAÇÃO SOLAR 3.5% - 8% PRODUÇÃO DE ENERGIA RADIAÇÃO UV DESTOXIFICAÇÃO DE EFLUENTES DESINFECÇÃO DE ÁGUA DESTOXIFICAÇÃO DE AR DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA DO MAR

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 HOMOGÉNEA (FOTO-FENTON) 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 (2.6-2.8) • REMOÇÃO DO FERRO • COMPLEXOS PERSISTENTES COM O FERRO LEVAM À PARAGEM DA REACÇÃO

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

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

16. 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 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 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 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 ÁGUA LIMPA INJECÇÃO DE AR ENTRADA DE Fe REACTOR DE BIOMASSA IMOBILIZADA ENTRADA DE H2SO4 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. 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. TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUAIS DA COZEDURA DA CORTIÇA PELA REACÇÃO FOTO-FENTON EFLUENTE APÓS 2 DIAS DE EXPOSIÇÃO SOLAR EFLUENTE BRUTO 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 • 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)