Processos oxidativos avançados para tratamento de efluentes de indústria de celulose kraft branqueada

Abstract

Neste trabalho, foram otimizados e comparados os processos foto- Fenton, H 2 O 2 /UV, TiO 2 /UV e H 2 O 2 /TiO 2 /UV com objetivo de obter remoções na matéria orgânica de efluentes de indústria de celulose kraft branqueada. Esses processos foram aplicados antes e após o tratamento biológico dos efluentes. Inicialmente, foram estudadas as melhores condições de pH para se aplicar os processos. Para os experimentos que combinavam o uso de reagentes, como o processo foto-Fenton e H 2 O 2 /TiO 2 /UV, foi construída uma superfície de resposta buscando obter as melhores proporções entre as concentrações dos reagentes dentro e fora da região experimental. A eficiência dos processos realizados foi monitorada pelas análises de DQO, cor e COT. Para o efluente coletado antes do tratamento biológico, análises de DBO 5 foram efetuadas no(s) ponto(s) experimentais de melhor eficiência atingidos pelos Processos Oxidativos Avançados (POA ́s), com objetivo de verificar possível tratabilidade biológica (relação DBO 5 /DQO) nesses efluentes. Os tratamentos realizados mostraram que o pH ótimo para o tratamento dos efluentes foi 3,0 para os processos foto-Fenton, H 2 O 2 /UV e H 2 O 2 /TiO 2 /UV e 8,0 para o tratamento TiO 2 /UV. Apesar disso, o pH de trabalho escolhido foi 8,0 para todos os tratamentos, com exceção do tratamento foto-Fenton, cujo pH de trabalho foi 3,0. Dentre os processos estudados, aquele que apresentou o experimento com maior remoção de DQO e COT foi o tratamento foto-Fenton, cujas concentrações de H 2 O 2 e Fe 2+ foi de 700: 3,8 (mg L -1 ). O processo H 2 O 2 /UV apresentou altas porcentagens de remoção de DQO, cor e COT para os experimentos que utilizaram concentrações de H 2 O 2 a 500 mg L -1 . A fotocatálise heterogênea (TiO 2 /UV) foi o tratamento que provocou a menor redução da matéria orgânica, mesmo quando elevadas concentrações de TiO 2 (1000 mg L -1 ) foram usadas. O tratamento que combina a fotocatálise heterogênea com peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 /TiO 2 /UV) pode ser considerado vantajoso em relação ao processo H 2 O 2 /UV quando pequenas quantidades de H 2 O 2 são utilizadas. Quanto à tratabilidade biológica, não foi verificado aumento na mesma após a realização dos processos oxidativos avançados. Além disso, para o efluente coletado antes do tratamento biológico, os tratamentos executados foram menos eficientes que para o efluente coletado após o tratamento biológico. Como tratamento terciário, os processos oxidativos avançados que utilizavam elevadas concentrações de H 2 O 2 atingiram remoções de DQO na faixa de 60 – 70% , remoção de 100% da cor e, para COT, os valores de remoção atingiram a faixa de 70 a 90%.

In this work, the processes photo-Fenton, H 2 O 2 /UV, TiO 2 /UV and H 2 O 2 /TiO 2 /UV were compared and optimized in order to obtain organic matter removals from the effluents of the bleached kraft cellulose industry. Those processes were applied before and after the biological treatment of the effluents. Initially, the best pH conditions for application of the processes were studied. For the experiments combining the use of the reagents, such as the photo-Fenton and H 2 O 2 /TiO 2 /UV processes, a response surface was constructed in order to obtain the best proportions among the concentrations of the reagents inside and outside experimental space. The efficiency of those processes were monitored by the analyses of DQO, color and COT. For the effluent collected before the biological treatment, DBO 5 analyses were performed in the most efficient experimental point (s) reached by the Advanced Oxidative Processes (POA ́s) for verifying the possible biological treatability (relationship DBO 5 /DQO) in those effluents. The treatments showed that the optimum pH for treatment of the effluents was 3.0 for the processes photo-Fenton, H 2 O 2 /UV and H 2 O 2 /TiO 2 /UV and 8.0 for the treatment TiO 2 /UV. However, the pH 8.0 was chosen for all treatments, except for the photo-Fenton treatment, from which the pH was 3.0. Among the processes under study, the one from which the experiment showed higher removal of DQO and COT was the photo- Fenton treatment, from which the concentrations of H 2 O 2 and Fe 2+ were 700: 3.8 (mg L -1 ). The process H 2 O 2 /UV showed high percent removal of DQO, color and COT for those experiments using H 2 O 2 concentrations at 500 mg L -1 . The heterogeneous photocatalysis (TiO 2 /UV) was the treatment causing the lowest reduction of the organic matter, even when high concentrations of TiO 2 (1000 mg L -1 ) were used. The treatment that combines the heterogeneous photocatalysis with hydrogen peroxide (H 2 O 2 /TiO 2 /UV) can be considered as advantageous in relation to H 2 O 2 /UV process, when low H 2 O 2 amounts are used. No increase was found for biological treatability, after the accomplishment of the advanced oxidative processes. In addition, the treatments were less efficient for the effluent collected before the biological treatment than for the effluent collected after this treatment. As tertiary treatment, the advanced oxidative processes using high H 2 O 2 concentrations reached DQO removals at the range from 60 to 70% removal, 100% removal of the color, whereas the removal values reached the range from 70 to 90% for COT.