Modelado de un Reactor Solar para la Descontaminación de Aguas, empleando la Reacción de Foto-Fenton

ROSSETTI, G.E.; ALBIZZATI, E.D.; ALFANO, O.M.

Puerto Iguazú, Misiones, Argentina

Simposio; Simposio SOLARSAFEWATER, El Desafío de la Provisión de Agua Potable Segura: Tecnologías para la Región de Latinoamérica; 2005

Universidad Nacional de San Martín

En este trabajo se modela y verifica experimentalmente un reactor solar de caras planas paralelas, isotérmico y no concentrador de la radiación, ubicado en el interior de un sistema en reciclo y en estado no estacionario. Se estudia la reacción de fotodegradación de un contaminante orgánico modelo (el ácido fórmico) en solución acuosa, empleando la reacción de foto-Fenton. En primer lugar se presentan las ecuaciones necesarias para evaluar el campo de radiación en el interior del reactor solar, considerando un medio participativo, homogéneo, que absorbe radiación y reaccionante. El modelo matemático considera que la ventana de vidrio del reactor recibe radiación solar directa y difusa (en forma isotrópica). Para predecir el valor de la radiación solar incidente sobre la ventana del reactor (condición de contorno del problema de radiación), se utiliza un programa de cálculo que permite obtener la radiación solar directa y difusa, en base al ángulo cenital solar, al ángulo de inclinación del reactor y a los parámetros representativos del estado de la atmósfera. El modelo se resuelve numéricamente y las predicciones se comparan con los datos experimentales correspondientes a la velocidad de descomposición de un  actinómetro químico. Luego se plantean y resuelven las ecuaciones de balance de materia de los dos reactivos principales de la reacción de foto-Fenton: el contaminante orgánico y el agua oxigenada. En esta etapa, se consideran las dos reacciones paralelas que tienen lugar en el interior del reactor: (i) la reacción de Fenton (térmica) y (ii) la reacción de foto-Fenton (fotoquímica). Esta característica del modelo resulta de importancia cuando, como en este caso, el volumen de solución acuosa irradiada no es igual al volumen de reacción total. Posteriormente se investiga el efecto de la temperatura sobre la velocidad de degradación del contaminante. Con el fin de estimar los parámetros cinéticos del proceso, se emplea un fotorreactor tanque agitado de laboratorio, irradiado desde su base con lámparas de UV. Se obtienen así los valores correspondientes a los factores de frecuencia y las energías de activación de la reacción de  Fenton. Finalmente se emplea esta información cinética para predecir y comparar las conversiones obtenidas con la reacción de Fenton y foto-Fenton, bajo diferentes condiciones de operación; es decir: (i) sin y con radiación UV solar, (ii) distintas relaciones molares iniciales de agua oxigenada a contaminante, y (iii) diferentes temperaturas de reacción. Los resultados teóricos y experimentales muestran que la radiación solar ultravioleta mejora la eficiencia del proceso. A bajas temperaturas de reacción, el aumento de la conversión del contaminante es significativo, mientras que a temperaturas más altas este efecto es menos importante. En todos los casos, se ha obtenido un buen acuerdo entre las predicciones del modelo desarrollado y las conversiones de ácido fórmico obtenidas experimentalmente.