A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes
L’objectiu d’aquest treball és contribuir a un tractament d’aigües més eficient i sostenible. El procés foto-Fenton ha demostrat ser molt eficient per al tractament d'aigües recalcitrants i no biodegradables. Diverses investigacions han demostrat la importància de la dosificació de peròxid d�...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | master thesis |
| Publication Date: | 2022 |
| Country: | España |
| Institution: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repository: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Language: | English |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/382723 |
| Online Access: | https://hdl.handle.net/2117/382723 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Sewage -- Analysis Sewage--Purification photo-Fenton recalcitrant water hydrogen peroxide dosage AOPs modelling Aigües residuals -- Anàlisi Aigües residuals--Depuració Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria química |
| id |
ES_7e34a0da9e841d6f91c2ec13fabd3bb5 |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:upcommons.upc.edu:2117/382723 |
| network_acronym_str |
ES |
| network_name_str |
España |
| repository_id_str |
|
| dc.title.none.fl_str_mv |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| title |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| spellingShingle |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes Costa De Aguirre, Marta Sewage -- Analysis Sewage--Purification photo-Fenton recalcitrant water hydrogen peroxide dosage AOPs modelling Aigües residuals -- Anàlisi Aigües residuals--Depuració Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria química |
| title_short |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| title_full |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| title_fullStr |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| title_full_unstemmed |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| title_sort |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processes |
| dc.creator.none.fl_str_mv |
Costa De Aguirre, Marta |
| author |
Costa De Aguirre, Marta |
| author_facet |
Costa De Aguirre, Marta |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Graells Sobré, Moisès Pérez Moya, Montserrat |
| dc.subject.none.fl_str_mv |
Sewage -- Analysis Sewage--Purification photo-Fenton recalcitrant water hydrogen peroxide dosage AOPs modelling Aigües residuals -- Anàlisi Aigües residuals--Depuració Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria química |
| topic |
Sewage -- Analysis Sewage--Purification photo-Fenton recalcitrant water hydrogen peroxide dosage AOPs modelling Aigües residuals -- Anàlisi Aigües residuals--Depuració Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria química |
| description |
L’objectiu d’aquest treball és contribuir a un tractament d’aigües més eficient i sostenible. El procés foto-Fenton ha demostrat ser molt eficient per al tractament d'aigües recalcitrants i no biodegradables. Diverses investigacions han demostrat la importància de la dosificació de peròxid d'hidrogen (H2O2) en la millora del rendiment del procés, ja que pot evitar o reduir l'activació de reaccions ineficients. Per trobar la dosificació òptima, no és possible provar experimentalment tots els tipus de dosificació, per la qual cosa cal desenvolupar i implementar un model que pugui predir el procés. En aquest projecte s'ha explotat un model dinàmic de foto-Fenton que inclou el subministrament flexible de peròxid d'hidrogen per determinar un perfil de dosificació millorat per a un tractament fotoFenton determinat. S'adopta del treball presentat per Nasr Esfahani et al., (2022), en què es va ampliar i adoptar el model foto-Fenton de Cabrera-Reina et al. (2012) i Audino et al. (2019). Utilitza les dades experimentals obtingudes per Yu et al., (2020) utilitzant diferents esquemes de dosificació per a la mineralització de solucions de paracetamol (PCT) a escala de planta pilot. Després de validar el model amb alguns dels experiments utilitzats per al calibratge, es va realitzar la seva explotació simulant noves situacions ampliant els rangs de les variables de decisió en comparació dels experiments de Yu et al., (2020). El temps de reacció, la quantitat total de peròxid d'hidrogen i el perfil de dosificació van ser les variables utilitzades per a la presa de decisions. L'anàlisi i la discussió dels resultats es van fer principalment utilitzant les concentracions de peròxid d'hidrogen, el carboni orgànic total (COT) i l'oxigen dissolt (OD). Les concentracions d'OD permeten una explicació més completa de la naturalesa del procés. Dins de les situacions estudiades, els resultats de les simulacions van mostrar que el perfil de dosificació tenia poc efecte a la mineralització final. En augmentar el temps del procés, es van observar millores significatives en la mineralització dels contaminants, així com quan es va augmentar la quantitat de peròxid d'hidrogen, encara que l'experiència i la literatura desaconsellen afegir massa oxidant per tenir un bon rendiment. De la simulació es van seleccionar dues de les estratègies millorades per ser validades a la planta pilot. L’objectiu del primer experiment era comprovar l’efecte positiu en l’eliminació de COT de l’addició d’una quantitat de peròxid d’hidrogen superior a l’estequiomètrica. Com era d'esperar i d'acord amb l'experiència i la literatura, afegir massa oxidant no va millorar els resultats de mineralització a la planta pilot. El segon experiment volia comprovar si l’augment del temps de reacció mentre s’utilitzava la quantitat estequiomètrica total de H2O2 beneficiaria els resultats. En aquest cas, els resultats de les simulacions sí que van coincidir amb els de la planta pilot, obtenint una mineralització del 80%. Així doncs, utilitzant el model s'ha trobat una estratègia de dosificació més eficaç. |
| publishDate |
2022 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2022 2022-07-08 2023 2023-02-09 |
| dc.type.none.fl_str_mv |
master thesis http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc NA http://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43 |
| dc.type.openaire.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| dc.identifier.none.fl_str_mv |
https://hdl.handle.net/2117/382723 |
| url |
https://hdl.handle.net/2117/382723 |
| dc.language.none.fl_str_mv |
Inglés eng |
| language_invalid_str_mv |
Inglés |
| language |
eng |
| dc.rights.none.fl_str_mv |
open access http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| dc.rights.openaire.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| rights_invalid_str_mv |
open access http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universitat Politècnica de Catalunya |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universitat Politècnica de Catalunya |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC instname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| instname_str |
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| reponame_str |
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| collection |
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| repository.name.fl_str_mv |
|
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1869411719425556480 |
| spelling |
A simulation approach to the improvement of the dosage of hydrogen peroxide for photo-Fenton processesCosta De Aguirre, MartaSewage -- AnalysisSewage--Purificationphoto-Fentonrecalcitrant waterhydrogen peroxide dosageAOPsmodellingAigües residuals -- AnàlisiAigües residuals--DepuracióÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria químicaL’objectiu d’aquest treball és contribuir a un tractament d’aigües més eficient i sostenible. El procés foto-Fenton ha demostrat ser molt eficient per al tractament d'aigües recalcitrants i no biodegradables. Diverses investigacions han demostrat la importància de la dosificació de peròxid d'hidrogen (H2O2) en la millora del rendiment del procés, ja que pot evitar o reduir l'activació de reaccions ineficients. Per trobar la dosificació òptima, no és possible provar experimentalment tots els tipus de dosificació, per la qual cosa cal desenvolupar i implementar un model que pugui predir el procés. En aquest projecte s'ha explotat un model dinàmic de foto-Fenton que inclou el subministrament flexible de peròxid d'hidrogen per determinar un perfil de dosificació millorat per a un tractament fotoFenton determinat. S'adopta del treball presentat per Nasr Esfahani et al., (2022), en què es va ampliar i adoptar el model foto-Fenton de Cabrera-Reina et al. (2012) i Audino et al. (2019). Utilitza les dades experimentals obtingudes per Yu et al., (2020) utilitzant diferents esquemes de dosificació per a la mineralització de solucions de paracetamol (PCT) a escala de planta pilot. Després de validar el model amb alguns dels experiments utilitzats per al calibratge, es va realitzar la seva explotació simulant noves situacions ampliant els rangs de les variables de decisió en comparació dels experiments de Yu et al., (2020). El temps de reacció, la quantitat total de peròxid d'hidrogen i el perfil de dosificació van ser les variables utilitzades per a la presa de decisions. L'anàlisi i la discussió dels resultats es van fer principalment utilitzant les concentracions de peròxid d'hidrogen, el carboni orgànic total (COT) i l'oxigen dissolt (OD). Les concentracions d'OD permeten una explicació més completa de la naturalesa del procés. Dins de les situacions estudiades, els resultats de les simulacions van mostrar que el perfil de dosificació tenia poc efecte a la mineralització final. En augmentar el temps del procés, es van observar millores significatives en la mineralització dels contaminants, així com quan es va augmentar la quantitat de peròxid d'hidrogen, encara que l'experiència i la literatura desaconsellen afegir massa oxidant per tenir un bon rendiment. De la simulació es van seleccionar dues de les estratègies millorades per ser validades a la planta pilot. L’objectiu del primer experiment era comprovar l’efecte positiu en l’eliminació de COT de l’addició d’una quantitat de peròxid d’hidrogen superior a l’estequiomètrica. Com era d'esperar i d'acord amb l'experiència i la literatura, afegir massa oxidant no va millorar els resultats de mineralització a la planta pilot. El segon experiment volia comprovar si l’augment del temps de reacció mentre s’utilitzava la quantitat estequiomètrica total de H2O2 beneficiaria els resultats. En aquest cas, els resultats de les simulacions sí que van coincidir amb els de la planta pilot, obtenint una mineralització del 80%. Així doncs, utilitzant el model s'ha trobat una estratègia de dosificació més eficaç.El objetivo de este trabajo es contribuir a un tratamiento de aguas más eficiente y sostenible. El proceso foto-Fenton ha demostrado ser altamente eficiente para el tratamiento de aguas recalcitrantes y no biodegradables. Varias investigaciones han demostrado la importancia de la dosis de peróxido de hidrógeno (H2O2) en la mejora del rendimiento del proceso, ya que puede evitar o reducir la activación de reacciones ineficientes. Para encontrar la dosis óptima, no es posible probar experimentalmente todos los tipos de dosis, por lo que es necesario desarrollar e implementar un modelo que pueda predecir el proceso. En este proyecto se ha explotado un modelo dinámico de foto-Fenton que incluye el suministro flexible de peróxido de hidrógeno para determinar un perfil de dosificación mejorado para un tratamiento foto-Fenton determinado. Se adopta del trabajo presentado por Nasr Esfahani et al., (2022), en el que se amplió y adoptó el modelo foto-Fenton de Cabrera-Reina et al. (2012) y Audino et al. (2019). Utiliza los datos experimentales obtenidos por Yu et al., (2020) utilizando diferentes esquemas de dosificación para la mineralización de soluciones de paracetamol (PCT) a escala de planta piloto. Después de validar el modelo con algunos de los experimentos utilizados para su calibración, se realizó su explotación simulando nuevas situaciones ampliando los rangos de las variables de decisión con respeto a las de los experimentos de Yu et al., (2020). El tiempo de reacción, la cantidad total de peróxido de hidrógeno y el perfil de dosificación fueron las variables utilizadas para la toma de decisiones. El análisis y la discusión de los resultados se realizaron principalmente utilizando las concentraciones de peróxido de hidrógeno, el carbono orgánico total (COT) y el oxígeno disuelto (OD). Las concentraciones de OD permiten una explicación más completa de la naturaleza del proceso. Dentro de las situaciones estudiadas, los resultados de las simulaciones mostraron que el perfil de dosificación tenía poco efecto en la mineralización final. Al aumentar el tiempo del proceso, se observaron mejoras significativas en la mineralización de los contaminantes, así como cuando se aumentó la cantidad de peróxido de hidrógeno, aunque la experiencia y la literatura desaconsejan añadir demasiado oxidante para tener un buen rendimiento. De la simulación se seleccionaron dos de las estrategias mejoradas para ser validadas en la planta piloto. El objetivo del primer experimento era comprobar el efecto positivo en la eliminación de COT de la adición de una cantidad de peróxido de hidrógeno superior a la estequiométrica. Como era de esperar y de acuerdo con la experiencia y la literatura, añadir demasiado oxidante no mejoró los resultados de mineralización en la planta piloto. El segundo experimento quería comprobar si el aumento del tiempo de reacción mientras se utilizaba la cantidad estequiométrica total de H2O2 beneficiaría los resultados. En este caso, los resultados de las simulaciones sí coincidieron con los de la planta piloto, obteniendo una mineralización del 80%. Por consiguiente, utilizando el modelo, se ha encontrado una estrategia de dosificación más eficaz.The aim of this work is to contribute to more efficient and sustainable water treatment. The photoFenton process has proven to be highly efficient for treating recalcitrant and non-biodegradable waters. Several researches have shown the significance of hydrogen peroxide (H2O2) dosage in the improvement of the process performance, since it can avoid or reduce the activation of inefficient reactions. In order to find the optimal dosage, it is not possible to experimentally test all types of dosages, thus it is necessary to develop and implement a model that can predict the process. This project has exploited a dynamic photo-Fenton model including flexible hydrogen peroxide supply to determine an improved dosage profile for a given photo-Fenton treatment. It is adopted from the work presented by Nasr Esfahani et al., (2022), in which the photo-Fenton model by Cabrera-Reina et al. (2012) and Audino et al. (2019) was extended and adopted. It uses the experimental data obtained by Yu et al., (2020) using different dosage schemes for the mineralization of paracetamol (PCT) solutions at a pilot plant scale. After validating the model with certain of the experiments used for its calibration, its exploitation was performed by simulating new situations by extending the ranges of the decision variables from those of the Yu et al., (2020) experiments. Reaction time, total amount of hydrogen peroxide and dosing profile were the variables used for decision making. Analysis and discussion of the results were conducted mainly using hydrogen peroxide concentrations, Total Organic Carbon (TOC) and dissolved oxygen (DO). DO concentrations allow for a more comprehensive explanation of the nature of the process. Within the studied situations, the results of the simulations showed that the dosing profile had little effect on the final mineralization. By increasing the process time, significant improvements in pollutant mineralization were observed, as well as when the amount of hydrogen peroxide was increase, even experience and literature advise against adding too much oxidant to have a good performance. Two of the improved strategies were selected from the simulation to be validated in the pilot plant. The aim of the first experiment was to check the positive effect on TOC removal of adding more than the stoichiometric amount of hydrogen peroxide. As expected and according to experience and literature, adding too much oxidant did not improve mineralization results in the pilot plant. The second experiment aimed to check whether increase of the reaction time while using the total stoichiometric amount of H2O2 would benefit the results. In this case, the results of the simulations did match those of the pilot plant, obtaining a mineralization of 80%. Hence, by using the model, a more effective dosing strategy was found.Universitat Politècnica de CatalunyaGraells Sobré, MoisèsPérez Moya, Montserrat20222022-07-0820232023-02-09master thesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccNAhttp://purl.org/coar/version/c_be7fb7dd8ff6fe43info:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/2117/382723reponame:UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPCinstname:Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Inglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:upcommons.upc.edu:2117/3827232026-05-27T15:37:01Z |
| score |
15.300719 |