Síntesis y optimización de una red de tratamiento selectivo de corrientes de aguas residuales contaminadas con paracetamol

Descargas: 201

Autores/as

  • Adrian Lopez-Yañez División de Ingeniería Química y Bioquímica, TecNM/Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, Av. Tecnológico S/N, Ecatepec 55210, Mexico. https://orcid.org/0000-0002-0341-0190
  • Mónica Guadalupe Hidalgo-Muñoz Departamento de IPH, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Av. San Rafael Atlixco 186, Col. Leyes de Reforma 1ra Secc, Iztapalapa, 09340, CDMX, México.
  • Humberto Eduardo González-Bravo Departamento de Energía, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, 02200, CDMX, México. https://orcid.org/0000-0002-5679-2671
  • Victor Manuel Fernández-Ruiz Hospital Ángeles Metropolitano. Tlacotalpan 59 100, Col. Roma, Cuauhtémoc, 06760, CDMX, México.
  • Miguel Ángel Vaca-Hernández División de Ingeniería Química y Bioquímica, TecNM/Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, Av. Tecnológico S/N, Ecatepec 55210, Mexico.
  • Jorge Ramírez-Muñoz Departamento de Energía, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Av. San Pablo 180, Col. Reynosa Tamaulipas, Azcapotzalco, 02200, CDMX, México. https://orcid.org/0000-0003-1780-6185

DOI:

https://doi.org/10.56845/rebs.v5i1.80

Palabras clave:

diseño óptimo, modelo de programación no lineal, tratamiento selectivo de efluentes, optimización del tratamiento de aguas residuales

Resumen

En este trabajo se aborda la síntesis y optimización de un sistema de tratamiento selectivo de aguas residuales contaminadas mediante los procesos de oxidación Fenton y sono-Fenton. El problema investigado puede ser útil para el tratamiento selectivo de efluentes hospitalarios contaminados con trazas de algún fármaco, y se utiliza como caso de estudio la eliminación de paracetamol. Se propone un modelo de programación no lineal (PNL) que utiliza una única unidad de tratamiento con un volumen definido para la eliminación de paracetamol mediante el uso de cinéticas de degradación reportadas para cada proceso de oxidación avanzada evaluado. Se considera que el coste del sistema de tratamiento es directamente proporcional al caudal tratado. El uso del modelo propuesto se ilustra con la solución de un caso práctico que muestra su versatilidad para conseguir sistemas de tratamiento óptimos. Los resultados muestran que, para el mismo conjunto de efluentes a tratar, el proceso sono-Fenton presenta una mejor eficiencia de eliminación de paracetamol, es decir, requiere menos caudal a través de la unidad de tratamiento. A medida que se demandan mayores concentraciones de paracetamol en el vertido, menor es también el caudal de efluente contaminante que se envía a la unidad de tratamiento. Por el contrario, a medida que se requieren concentraciones más bajas de paracetamol en el vertido, se observa un efecto contrario. Por último, se analiza la proporción de eliminación de paracetamol en el proceso global y en la unidad de tratamiento en función del límite de paracetamol en el efluente.

Citas

Andreozzi, R., Caprio, V., Marotta, R., Vogna, D. (2003). Paracetamol oxidation from aqueous solution by means of ozonation and H2O2-UV. Water Research, vol. 37 (5), 993-1004, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00460-8. DOI: https://doi.org/10.1016/S0043-1354(02)00460-8

Ahmed, S.F., Mofijur, M., Nuzhat, S., Chowdhury, A.T. (2021). Recent developments in physical, biological, chemical, and hybrid treatment techniques for removing emerging contaminants from wastewater, Journal of hazardous Materials, 416, 125912, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125912. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125912

Bedner, M., Maccrehan, W. (2006). Transformation of acetaminophen by chlorination produces the toxicants 1,4-benzoquinone and N-acetyl-p-benzoquinone imine. Environmental science & technology, 40 (2), 516-522, https://doi.org/10.1021/es0509073. DOI: https://doi.org/10.1021/es0509073

Bagajewicz, M. (2000). A Review of Recent Design Procedures for Water Networks in Refineries and Process Plants, Computers & Chemical Engineering, 24 (9-10): 2003–2113, https://doi.org/10.1016/S0098-1354(00)00579-2. DOI: https://doi.org/10.1016/S0098-1354(00)00579-2

Bolong, N., Ismail, A.F., Salim, M.R., Matsuura, T. (2009). A review of the effects of emerging contaminants in wastewater and options for their removal, Desalination, 239(1–3), 229-246, https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.03.020. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.03.020

Cruz-González, G., González-Labrada, K., Milián-Rodríguez, Y., Quesada-Peñate, I., Colín-Luna, J.A., Ramírez-Muñoz, J., Jáuregui-Haza, U.J. (2015). Enhancement of paracetamol degradation by Sono-Fenton process. International Journal of Chemistry, Material and Environmental Research. Res., 2(4), 37-45.

De Luna, M.D., Briones, R.M., Su, C.C., Lu, M.C. (2013). Kinetics of acetaminophen degradation by Fenton oxidation in a fluidized-bed reactor, Chemosphere, 90(4), 1444-1448, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.09.003. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2012.09.003

Dalmazió, I., Alves, T.M.A., Augusti, R. (2008). An appraisal on the degradation of paracetamol by TiO2-UV system in aqueous medium. Product identification by Gas Chromatpgraphy-Mass Spectrometry (GC-MS). Journal of the Brazilian Chemical Society 19, 81-88, https://doi.org/10.1590/S0103-50532008000100013. DOI: https://doi.org/10.1590/S0103-50532008000100013

Galán, B., Grossmann, I.E. (1999). Optimization Strategies for the Design and Synthesis of Distributed Wastewater Treatment Networks, Computers & Chemical Engineering, 23, S161–S164, https://doi.org/10.1016/S0098-1354(99)80040-4. DOI: https://doi.org/10.1016/S0098-1354(99)80040-4

Grossmann, I.E., Caballero, J.A., Yeomans, H. (1999). Mathematical Programming Approaches to the Synthesis of Chemical Process Systems, Korean Journal of Chemical Engineering, 16(4), 407–426, https://doi.org/10.1007/BF02698263. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02698263

Glaze, W.H., Kang J.W., Chapin D.H. (1987). The chemistry of water treatment processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation. Ozone Science & Technology, 9, 335-352, https://doi.org/10.1080/01919518708552148. DOI: https://doi.org/10.1080/01919518708552148

Hernández-Suárez, R., Castellanos-Fernández, J., Zamora, J.M. (2004). Superstructure Decomposition and Parametric Optimization Approach for the Synthesis of Distributed Wastewater Treatment Networks, Industrial Engineering Chemistry Research, 43(9), 2175-2191, https://doi.org/10.1021/ie030389+. DOI: https://doi.org/10.1021/ie030389+

Morin-Crini, N., Lichtfouse, E., Fourmentin, M., Lado, A.R., Noutsopoulos, C., Mapelli, F., Fenyvesi, E., Adeodato, M.G., Picos-Corrales, L.A., Moreno-Piraján, J.C., Giraldo, L., Sohajda, T., Huq, M.M., Soltan, J., Torri, G., Magureanu, M., Bradu, C., Crini, G. (2022). Removal of emerging contaminants from wastewater using advanced treatments. A review, Environmental Chemistry Letters, 20(2), 1333–1375, https://doi.org/10.1007/s10311-021-01379-5. DOI: https://doi.org/10.1007/s10311-021-01379-5

Hou, Y., Liu, F., Zhang, B., Tong, M. (2022). Thiadiazole-Based Covalent Organic Frameworks with a Donor–Acceptor Structure: Modulating Intermolecular Charge Transfer for Efficient Photocatalytic Degradation of Typical Emerging Contaminants. Environmental Science & Technology, 56(22), 16303–16314, https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06056. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06056

Karthik, V., Selvakumar, P., Senthil Kumar, P., Satheeskumar, V., Godwin, M., Hariharan, S., Antony, K. (2022). Recent advances in electrochemical sensor developments for detecting emerging pollutant in water environment, Chemosphere, 304, 135331, https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135331. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.135331

Lee, W.J., Goh, P.S., Lau, W.J., Ismail, A.F. (2020). Removal of Pharmaceutical Contaminants from Aqueous Medium: A State-of-the-Art Review Based on Paracetamol, Arabian Journal for Science and Engineering, 45, 7109–7135, https://doi.org/10.1007/s13369-020-04446-1. DOI: https://doi.org/10.1007/s13369-020-04446-1

López-Yáñez, A., Zamora-Mata, J.M., Alonso, A., Ramírez-Muñoz, J. (2016). Nonlinear Programming Model for the Design of Electrochemical Treatment Systems for Wastewater Streams Contaminated with Amoxicillin Traces (In Spanish), Información Tecnológica, 27 (5), 87-98, http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642016000500011. DOI: https://doi.org/10.4067/S0718-07642016000500011

López-Yañez, A., Ramirez-Muñoz, J., Alonso, A., Cota, L.G., Pérez, J. (2018). Optimization of a Treatment System of Wastewater Streams for Electrochemical Cr(VI) Reduction: Selective versus Centralized Treatment, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 16 (11), 20180076, https://doi.org/10.1515/ijcre-2018-0076. DOI: https://doi.org/10.1515/ijcre-2018-0076

Parida, V.K., Saidulu, D., Majumder, A., Srivastava, A. (2021). Emerging contaminants in wastewater: a critical review on occurrence, existing legislations, risk assessment, and sustainable treatment alternatives, Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(5), 105966, https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105966, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105966

Petrovic, M., Gonzalez, S., Barceló, D. (2003). Analysis and Removal of Emerging Contaminants in Wastewater and Drinking Water, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 22(10), 685–696, https://doi.org/10.1016/S0165-9936(03)01105-1. DOI: https://doi.org/10.1016/S0165-9936(03)01105-1

Prieto-Rodriguez, L., Miralles-Cuevas, S., Oller, I., Agüera, A., Li, G., Malato, S. (2012). Treatment of emerging contaminants in wastewater treatment plants (WWTP) effluents by solar photocatalysis using low TiO2 concentrations, Journal of Hazardous Materials, 211, 131-137, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.09.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.09.008

Rout, P.R., Zhang, T.C., Bhunia, P., Surampalli R.Y. (2021). Treatment technologies for emerging contaminants in wastewater treatment plants: A review, Science of The Total Environment, 753, 141990, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141990. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141990

Sivaranjanee, R., Kumar, P.S. (2021). A review on remedial measures for effective separation of emerging contaminants from wastewater, Environmental Technology & Innovation, 23, 101741, https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101741. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101741

Wang, Y.P., Smith, R. (1994). Design of Distributed Effluent Treatment Systems, Chemical Engineering Science, 49(18), 3127-3145, https://doi.org/10.1016/0009-2509(94)E0126-B. DOI: https://doi.org/10.1016/0009-2509(94)E0126-B

Ying-Shih, M. (2012). Short review: Current trends and future challenge in the application of Sono-Fenton oxidation for wastewater treatment. Sustainable Environment Research, 22 (5), 271-278.

Zamora-Mata, J.M., Hernández-Suárez, R., Castellanos-Fernández, J. (2004). Linear programming model to assist the design of distributed wastewater treatment systems. Revista Mexicana de Ingeniería Química vol. 3 (1), 121-134, http://rmiq.org/ojs311/index.php/rmiq/article/view/2139.

Descargas

Publicado

2023-02-23

Cómo citar

Lopez-Yañez, A., Hidalgo-Muñoz, M. G., González-Bravo, H. E., Fernández-Ruiz, V. M., Vaca-Hernández, M. Ángel, & Ramírez-Muñoz, J. (2023). Síntesis y optimización de una red de tratamiento selectivo de corrientes de aguas residuales contaminadas con paracetamol. Renewable Energy, Biomass & Sustainability, 5(1), 10–21. https://doi.org/10.56845/rebs.v5i1.80

Número

Vol. 5 Núm. 1 (2023)

Sección

Articles

Licencia

Derechos de autor 2023 Adrian Lopez-Yañez, Mónica Guadalupe Hidalgo-Muñoz, Humberto Eduardo González-Bravo, Victor Manuel Fernández-Ruiz, Miguel Ángel Vaca-Hernández, Jorge Ramírez-Muñoz

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución 4.0.