Tratamento de efluentes da indústria de pasta Kraft por oxidação fotocatalítica

Abstract

A indústria da pasta de papel requer a utilização de elevadas quantidades de água no seu processo, o que origina a produção de um elevado volume de efluentes cujo tratamento é necessário antes de libertados em rios e mares adjacentes. De facto, devido à natureza dos compostos químicos usados, nomeadamente no branqueamento das pastas, estes efluentes contêm compostos orgânicos halogenados que podem exercer efeitos nocivos no ambiente e saúde humana se despejados no meio-ambiente. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo a redução do teor de compostos halogenados adsorvíveis (AOX) e de carência química de oxigénio (CQO) de efluentes resultantes da produção da pasta de papel, pelo processo kraft, por fotocatálise heterogénea com dióxido de titânio (TiO2) e radiação ultravioleta, com adição de peróxido de hidrogénio (H2O2) como agente oxidante. O estudo foi realizado utilizando um foto-reator laboratorial, em condições “batch”. Numa fase inicial procedeu-se ao estudo do tratamento de efluentes recolhidos em 3 pontos distintos do processo de uma fábrica de produção de pasta de papel (D0, ETP e ETB), e que portanto apresentavam distinta composição e pH. Após 4 horas de tratamento, à temperatura ambiente, obteve-se uma considerável percentagem de redução de AOX em qualquer um dos efluentes tratados, sendo a menor 83% e a maior 99%, e percentagens menores na diminuição de carga de CQO, entre 11% e 47%, o que sugere que a fotodegradação é um tratamento menos eficiente na redução do CQO. Posteriormente, realizou-se um estudo de arranjo composto central Box-Wilson 22, com o objetivo de determinar as concentrações ótimas de TiO2 e H2O2, que permitam obter a máxima redução de AOX e CQO no efluente D0. Para a eliminação do AOX obtiveram-se concentrações de 1.17 mg/L de TiO2 e 2.56 mL/L de H2O2 e para eliminação do CQO, obtiveram-se concentrações de 1.7 mg/L de TiO2 e 4.6 mL/L de H2O2. Sendo o objetivo a longo prazo a implementação do tratamento numa escala industrial, aproximaram-se algumas condições de operação em laboratório às condições industriais, nomeadamente o aumento da temperatura para 60ºC e a redução do tempo máximo de tratamento para 1 hora. Verificou-se que em condições de fotólise, os resultados obtidos na redução de AOX foram satisfatórios, pois decorridos 20 minutos de tratamento, o AOX foi reduzido em 40%. Este método não se mostrou eficiente na eliminação do CQO, pois a redução é de apenas 4% após 1 hora. Efetuando o tratamento com condições otimizadas para o AOX, obtém-se uma redução de 66% de AOX e de 29% de CQO, nos primeiros 10 minutos e de 81% de AOX e 33% de CQO após 1 hora de exposição. Foi também testado o tratamento a 60ºC utilizando as concentrações ótimas determinadas para o CQO, o que resultou na eliminação de 60% do AOX e de 40% do CQO após 10 minutos de operação e de 78% de AOX e de 46% de CQO em após 1 hora de tratamento

Pulp and paper industry requires large amounts of water within its process, which leads to the production of a very high number of effluents, which requires treatment before being released on adjacent rivers and sea. Due to the nature of the chemical products used, specifically on the pulp bleaching, these effluents contain adsorbable organic halogen compounds which can produce noxious effects to the surroundings and human health if released on the environment. With that in mind, this thesis has the goal of reducing adsorbable organic halogen compounds (AOX) and the chemical oxygen demand (CQO) from effluents, originated from Kraft pulp making processes, through heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide (TiO2) and ultraviolet radiation, with addition of hydrogen peroxide (H2O2). This study was conducted using a laboratorial batch photoreactor Firstly, the study of the treatment of effluents collected at three distinct points in the Kraft pulp production Plant (D0, ETP and ETB), presenting distinct composition and pH, was performed. After 4 hours of treatment at room temperature, a high reduction of AOX was observed for all the effluents tested, ranging from 83% to 99%, and lower percentages in the reduction of CQO, from 11% to 47%, which suggests that photodegradation is a less efficient treatment for COD reduction. Then, a 22 Box-Wilson central composite design was done with the aim of determining the optimal TiO2 e H2O2 concentrations, which would guarantee the maximum decrease of AOX and CQO in the effluent D0. For the reduction of AOX, concentrations of 1.17 mg/L of TiO2 and 2.56 mL/L of H2O2 were obtained and for the reduction of CQO the optimal concentrations were 1.7 mg/L of TiO2 e 4. 6 mL/L of H2O2. Since the ultimate goal of this work is the implementation of the treatment at industrial scale, some laboratorial conditions were approximated to the industrial scale, specifically the increase of the treatment temperature to 60ºC, which coincides with the effluent temperature, and the reduction of the treatment time to a maximum of 1 hour. Operating in photolysis, the results obtained for the reduction of AOX were satisfactory, as after 20 minutes, 40% of AOX was eliminated. In the reduction of CQO this treatment was not effective, since after 1 hour the reduction was only 4%. Using the optimal conditions for AOX removal, it was verified a reduction of 66% of AOX and 29% of CQO after 10 minutes and 81% of AOX and 33% of CQO after 1 hour of exposure. Treatment using the optimal conditions for CQO removal was also studied at 60ºC, which resulted in the reduction 60% of AOX and 40% of CQO, after 10 minutes of treatment and of 78% of AOX and of 46% of CQO, after 1 hour.