Utilización de la energía solar para la degradación de contaminantes orgánicos del agua a través de descargas eléctricas no‒térmicas

El área de los procesos de oxidación avanzada asistidos por plasma para la descontaminación de líquidos constituye un campo de investigación en pleno desarrollo, sin embargo, el escalado de la tecnología constituye uno de los desafíos técnicos más importantes. En esta Tesis se reporta la caracterización experimental y numérica de un reactor de plasma a escala piloto de película descendente para la degradación de contaminantes orgánicos acuosos, operando en modo batch con alimentación fotovoltaica. Una descarga de corona pulsada en aire húmedo se excita mediante pulsos de voltaje cortos (< 100 ns) generados por una fuente capacitiva y un spark gap de gas a alta presión. Se elige índigo carmín como contaminante de referencia. Un volumen de 20 L de solución de índigo carmín con una concentración inicial de 20 mg/L se decolora completamente después de 11 min de tratamiento para una potencia media del reactor de 33 W. La eficiencia energética eléctrica por orden de magnitud y el rendimiento energético del proceso se calculan en 0.25 kWh/m3 y 101 g/kWh, respectivamente. También se evalúa la generación de especies reactivas tanto en la fase líquida como en la fase gaseosa. La descarga prácticamente no causa la acidificación del agua. Las principales especies gaseosas producidas por la descarga corona son los radicales O3 y HO2·. Además, se presenta un modelo numérico del reactor y se compara con los datos medidos. Los resultados numéricos indican que las reacciones en la película líquida contigua a la interfase gas-líquido son esenciales para explicar las tasas de eliminación medidas. El rápido régimen cinético de la película de líquido acelera fuertemente las tasas de absorción de HO2· (rápidamente convertido a O2–·) y O3, que superan ampliamente las tasas de absorción predichas por el coeficiente de transferencia de masa para una película sin reacción.