Removal of micropollutants in a photo-Fenton solar demonstration plant. Comparison of two trading strategies

El presente trabajo se enfoca en la implementación del proceso foto-Fenton solar en flujo continuo a escala demostrativa para la eliminación de microcontaminantes. Con este fin, se ha llevado a cabo un estudio tecno-económico de dos estrategias de operación: pH ácido con sulfato ferroso (FeSO4) y pH neutro con nitrilotriacetato férrico (Fe3+-NTA). Los ensayos se realizaron en un reactor tipo raceway de 100 m2 de superficie, ubicado en las instalaciones de la estación depuradora de aguas residuales El Bobar. Como objetivo de tratamiento, se estableció un porcentaje mínimo de eliminación de microcontaminantes del 50%. A pH ácido, el objetivo establecido se alcanza con 0,1 mM y 1,47 mM de FeSO4 y H2O2, operando a 10 cm de profundidad de líquido y 60 min de tiempo de residencia hidráulico (TRH) en los meses de menor radiación solar (otoño e invierno), mientras que en los meses de mayor radiación (primavera y verano), se puede aumentar la profundidad de líquido a 18 cm, y reducir el TRH a 45 min, siendo el caudal de efluente tratado 10 y 24 m3 h-1, respectivamente. A pH neutro, el objetivo de tratamiento se alcanza con una mayor concentración de reactivos (0,2 mM de Fe3+-NTA y 2,94 mM de H2O2) a 10 cm de profundidad de líquido y 60 min de TRH. Comparando ambas estrategias de operación, la eficiencia económica, en términos de masa de carga total de microcontaminantes eliminada por unidad monetaria y unidad de superficie de reactor, es 5 veces superior a pH ácido (2,82 mg €-1 m-2 vs 0,58 mg €-1 m-2). Cabe destacar que, por primera vez, se ha demostrado la eliminación de microcontaminantes por foto-Fenton solar en condiciones operativas reales, abriendo el camino para su aplicación comercial. This study presents the implementation of continuous flow solar photo-Fenton at a demonstration scale for microcontaminant removal. For this purpose, a techno-economic assessment of two operating strategies has been carried out: acidic pH with ferrous sulphate (FeSO4) and neutral pH with ferric nitrilotriacetate (Fe3+-NTA). Assays were carried out in a 100-m2 deep raceway pond reactor located at El Bobar wastewater treatment plant. As a treatment target, the removal percentage was set at 50%. At acidic pH, this objective is reached with 0.1 mM and 1.47 mM of FeSO4 and H2O2, operating in the seasons with less solar radiation (autumn and winter) with 10 cm of liquid depth and 60 min of hydraulic residence time (HRT), whereas in the seasons of greatest radiation (spring and summer), liquid depth can be increased to 18 cm and the HRT reduced to 45 min, the treated flow rate being 10 and 24 m3 h-1, respectively. At neutral pH, the treatment target is reached with a higher concentration of reagents (0.2 mM Fe3+-NTA and 2.94 mM H2O2) at 10 cm of liquid depth and 60 min of HRT. Comparing both strategies, the economic efficiency, in terms of the total load of microcontaminant removed per monetary unit and reactor surface area unit, the operation at acidic pH is 5 times higher (2.82 mg €-1 m-2 vs 0.58 mg €-1 m-2). It must be highlighted that, for the first time, the removal of microcontaminants by solar photo-Fenton has been demonstrated under real operational conditions paving the way for its commercial application.