Foto-elektrokatalyse geavanceerde oxidatie (PEC-AOP) voor verwijdering organische microverontreinigingen uit afvalwater

Organische microverontreinigingen (OMPs) in het effluent van afvalwaterzuiveringsinstallaties vormen een grote bedreiging voor het watersysteem en de drinkwaterbronnen. Eén van de opkomende en effectieve technieken om deze OMPs af te breken is geavanceerde oxidatie, gebaseerd op foto-elektrokatalyse (PEC-AOP).

Technologie

Het principe van PEC-AOP is weergegeven in onderstaande figuur. De methode omvat het gebruik van halfgeleidende anodematerialen voor de in-situ productie van oxidanten, voornamelijk hydroxyl- en superoxideradicalen Deze oxidanten zorgen voor een aselecte oxidatie van OMPs, waarna de ongewenste stoffen uit het afvalwater worden verwijderd.

Veel fotokatalysatoren hebben het nadeel dat ze vanwege hun grote bandgap-energie (3,0 – 3,5 eV) alleen fotonen kunnen absorberen in het UV-bereik van zonnestraling. De toepassing van bismutvanadaat (BiVO4) als stabiel en niet-toxisch anodisch materiaal is in dit project gebruikt als oplossing. In de monokliene scheelietfase is BiVO4 een fotokatalysator met een kleine bandgap (~2,4 eV), aangedreven door zichtbaar licht. Het combineren van monokliene scheeliet BiVO4 met andere fotokatalysatoren om een heterojunctie te maken, is een innovatieve en effectieve strategie die de PEC-activiteit van BiVO4 verbetert. Dit heeft geleid tot anodes die zijn gebaseerd op heterojunctie van BiVO4/TiO2-Graphene Oxide (GO).

Uitdaging

De werking van deze innovatieve technologie is aangetoond op laboratoriumschaal. Zonne-energie lijkt een gunstig effect te hebben op de duurzaamheid ervan. Maar hoe moet dit principe worden vertaald naar een full-scale reactorconfiguratie?

Concrete uitdagingen zijn:

• de interactie tussen een groot elektrode-oppervlak en klein reactorvolume;
• het tegelijkertijd optreden van reacties aan het oppervlak van de elektrodes èn in de bulk vloeistof (het te behandelen rwzi-effluent);
• de interactie tussen zonlicht en UV-licht enerzijds en het foto-katalytsche elektrode-oppervlak anderzijds.

Oplossingen

In dit project gebruiken we Computational Fluid Dynamics (CFD) modellering . Doel is om hiermee de optimale reactor- en elektrodeconfiguratie te bepalen voor een maximaal verwijderingsrendement van OMPs uit tertiair effluent. De resultaten van de CFD-modellering helpen te voorspellen hoe in de bestaande infrastructuur van afvalwaterzuiveringsinstallaties het gebruik van de PEC-AO technologie kan worden opgeschaald en uiteindelijk toegepast om OMPs uit het effluent te verwijderen.