Otimização do tratamento de efluentes industriais por processos de oxidação avançada e biológico

Abstract

Os efluentes da indústria da Pasta e do Papel possuem uma carga poluente elevada, sendo os compostos halogenados adsorvíveis (AOX) uns dos mais prejudiciais para o ambiente, sendo estudada a corrente processual resultante da etapa de branqueamento (efluente D0).Este trabalho tem como objetivo a determinação da sequência de aplicação do tratamento biológico e do processo de Fenton, que conduz à melhor eficiência de remoção de carência química de oxigénio (CQO) e de AOX. Foram realizados quatro ensaios preliminares de biodegradabilidade, nos quais o efluente bruto D0 foi submetido ao tratamento biológico aeróbio, num reator descontínuo de 200 mL, no qual a carga de substrato (CQO) variou de 1,0 g/L – 2,9 g/L, e a concentração de biomassa foi de 2,5 g/L e 4,5 g/L. No 4º ensaio foi realizada a conjugação de ambos os processos de tratamento, de modo a avaliar a adaptação das lamas biológicas a diferentes cargas de substrato e a possíveis efeitos inibitórios resultantes do processo de Fenton. Após os ensaios preliminares de tratabilidade foi realizado o scale-up para reatores biológicos descontínuos de 1,64 L, sendo realizado em paralelo o tratamento biológico do efluente D0 tratado com o processo de Fenton e do efluente D0 bruto. As cargas de substrato corresponderam às originais do efluente D0, a concentração de biomassa foi de 3,7 g/L, o tempo de tratamento foi de 48 h, sendo analisados os SST, SSV, CQO, CBO5 e AOX. As condições de operação implementadas no processo de Fenton foram previamente otimizadas por Ribeiro et al. (2020), nomeadamente: concentração de Fe2+ de 6 mM, de H2O2 de 139 mM, pH 2,5 - 3, temperatura de 60  2 ºC e tempo de tramento de 10 min. Realizou-se a otimização do processo de Fenton quando aplicado ao tratamento do efluente D0 proveniente do tratamento biológico, e a metodologia adotada foi a de desenho experimental de Delineamento composto do centro rotacional, sendo estudado a concentração de Fe2+ (2 – 12 mM), de H2O2 (48 – 552 mM) e tempo de tratamento (11 – 79 min) na remoção de CQO. Os resultados obtidos nos vários ensaios de tratamento biológicos permitiram constatar que as lamas biológicas são capazes de degradar ambos os efluentes não tendo sido detetados efeitos inibitórios à atividade microbiológica. Na conjugação do tratamento biológico a montante do POA registaram-se remoções globais de CQO de 86 %, de AOX de 67 % e um valor de biodegradabilidade 0,38, contudo a otimização do processo de Fenton no efluente biologicamente tratado permitiu obter uma remoção máxima de CQO de 78%. Na conjugação inversa, observaram-se as melhores remoções de AOX (> 79 %), e CBO5/CQO > 0,40, contudo as remoções de CQO (70 %- 80 %) foram inferiores às registadas na outra sequência. Comparativamente à aplicação individual dos tratamentos estudados, a sua conjugação traduz-se numa melhoria evidente quer na remoção de CQO quer de AOX, sendo que para uma aplicação industrial, a conjugação do processo de Fenton a montante do tratamento biológico parece constituir a solução mais prática. Contudo, é necessário a realização de estudos técnico- económicos.

The effluents of the Pulp and Paper industry have a high pollution load, being the Halogenated Organic Compounds (AOX) the most harmful for the environment, being studied the stream removed from the bleaching step of production (D0 effluent). This work has as for objective the determination of the sequence of biological treatment and the Fenton process that obtains the highest removal efficiencies of the chemical oxygen demand (COD) and AOX. Four preliminary biodegradability tests were made, in which the raw D0 effluent was subjected to biological treatment in a discontinuous reactor of 200 mL, with an organic load (COD) of 1,0 g/L – 2,9 g/L and a biomass concentration of 2,5 g/L and 4,5 g/L. In the 4th test was performed the conjugation of both treatment processes, to evaluate the capacity of the biological sludge to adapt and degrade different organic loads and inhibitory effects caused by the Fenton process. After the preliminary biodegradability tests, the scale-up to discontinuous batch reactors of 1,64 L was performed, with the parallel application of the treated to the raw D0 effluent and the D0 effluent previously treated with the Fenton process. The organic loads correspond to the effluent concentration without dilution, the concentration of biomass was 3,7 g/L and time of treatment was 48 h, and the parameters of TSS, VSS, COD, BOD5 and AOX were analyzed. The operating conditions used in the Fenton process were previously implemented by Ribeiro et al.(2020), mainly the Fe2+ concentration of 6 mM, the H2O2 concentration of 139 mM, pH 2,5 – 3, temperature of 60  2 ºC and a treatment time of 10 min. The optimization of the Fenton process when applied to the effluent from the biological treatment, was performed and the effect of the independent variables, such as the Fe2+ concentration (2 – 12 mM), the H2O2 concentration (48 – 552 mM) and the treatment time (11 – 79 min) were studied, in the removal of COD. The results obtained demonstrated that the biological sludge was able to degrade both effluents, not being detected the action of inhibitory effects to the microbiological activity. The conjugation with the biological treatment upstream of the AOP obtained removals of COD of 86 %, AOX of 67 % and a biodegradability of 0,38, however the optimization of the Fenton process for the D0 effluent previously treated biologically, allowed a maximum removal of COD of 78 %. While the inverse conjugation achieved higher removals of AOX (> 79 %) and biodegradability > 0,40, however the removal of COD (70 % - 80 %) was lower than the observed in the other conjugation. Both conjugations of treatments pose an obvious improvement in the quality of the effluent, when compared to their single use, whether being in the removal of COD or AOX. For the use in the industry, the conjugation of the Fenton process before the biological treatment is the most practical conjugation of treatments. However, a technical-economic studied should be performed.