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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5925
Tipo: | Tese |
Título: | APLICAÇÃO DE PROCESSOS OXIDATIVOS E ELETROQUÍMICOS AVANÇADOS E AVALIAÇÃO DE UMA PLANTA FOTOELETROQUÍMICA SOLAR NO TRATAMENTO DE ÁGUA CINZA |
Autor(es): | Paulo Renato dos Santos |
Primeiro orientador: | Amilcar Machulek Junior |
Resumo: | Os resíduos gerados hidricamente é um problema mundial atualmente. Os tratamentos biológicos convencionais são de baixa eficiência, envolvendo efluentes tóxicos e resistentes (recalcitrantes). Nesse contexto, citamos as águas cinza clara que são águas residuais cinzentas definidas como águas residuais provenientes de banheiros, lavatórios, pias de cozinha, máquinas de lavar e tanque, em casas, edifícios, escolas dentre outras. Os processos oxidativos avançados vem se mostrando uma estratégia eficaz, no ponto de vista, ambiental, técnico e econômico para tratamento desses efluentes aumentando a eficiência de degradação. O objetivo deste trabalho consiste na utilização de planejamento fatorial 2k com ponto central para avaliar a degradação e mineralização dos surfactantes presentes na água cinza clara e a toxicidade por meio das técnicas de oxidação anódica (OA-H2O2), Fotoeletro-Fenton (FEF) e O3/H2O2. Também foi avaliado o escalonamento em uma planta piloto solar utilizando a técnica Fotoeletro-Fenton solar (FEFS). Foi demonstrado a viabilidade da aplicação através de um planejamento fatorial ao tratamento da água cinza clara contendo ácido dodecil-benzeno sulfônico (LAS) por processos eletroquímicos de oxidação avançada em eletrólito de Na2SO4 em escala de bancada. Os processos de oxidação anódica com eletrogeração de peróxido de hidrogênio e Fotoeletro-Fenton (FEF) foram estudados por planejamento fatorial de 23 com inserção do ponto central, utilizando um polinômio matemático de primeira ordem. Em OA-H2O2 usando um ânodo de diamante dopado com boro de filme fino e um cátodo de carbono-PTFE de difusão de ar (ambos com 3 cm2 de área) alcançando 76% de degradação com 40 mg L-1 LAS e remoção de NPOC de 52,4% nessas condições. Para o FEF usando [Fe2+] = 5 mg L-1 e densidade de corrente j = 77,5 mA cm-2 as melhores respostas para degradação do LAS foi de 63,12% e 78,28% de remoção de NPOC. As condições ótimas encontradas no tratamento de FEF por planejamento fatorial foram utilizadas no tratamento de 10 L de ACc por processo Fotoeletro-Fenton solar (FEFS) em um reator solar com coletor parabólico composto (CPC) equipado com um filtro prensa tipo célula eletroquímica, alcançado 70% da remoção do LAS e 55% da mineralização de ACc após 240 min de tratamento. Já para o tratamento com ozonólise com adição de peróxido de hidrogênio, foram avaliadas as influências das variáveis independentes: concentração de ozônio, concentração de peróxido de hidrogênio, pH e tempo na degradação, mineralização e toxicidade aguda para Artemia Salina no tratamento de água cinza clara realizando um planejamento fatorial 24 com triplicata no ponto central, totalizando 19 experimentos, utilizando o software Minitab versão 19. As respostas do planejamento fatorial do processo O3/H2O2 apresentaram comportamento linear com ótimos coeficientes de regressão linear R2 = 98,29% e R2adj = 95,60% para degradação e R2 = 98,76% e R2adj = 96,80% para mineralização mostrando um baixo erro experimental. A variável tempo apresentou um maior efeito na resposta de degradação e a variável pH mostrou um maior efeito na mineralização. Para o tempo de 60 min, obteve uma degradação de 82,20% com concentração de ozônio de 44 mg L-1 e 10 mg L-1 de concentração de peróxido de hidrogênio e já para mineralização foi com concentração de ozônio de 16 mg L-1 e 50 mg L-1 de concentração de peróxido de hidrogênio, alcançando após 60 minutos, 53,73% de mineralização. Os testes com Artemia Salina foram realizados para as melhores condições dos experimentos, e os processos com ozonização e FEF se mostraram muito eficaz, não apresentando toxicidade aguda. Estes dois processos são promissores na aplicação de novas tecnologias para remoção de surfactantes. |
Abstract: | Water generated waste is a global problem today. Conventional biological treatments are of low efficiency, involving toxic and resistant (recalcitrant) effluents. In this context, we cite light gray water, which is gray wastewater defined as wastewater from bathrooms, washbasins, kitchen sinks, washing machines and tanks, in houses, buildings, schools, among others. Advanced oxidative processes have proven to be an effective strategy, from an environmental, technical and economic point of view, for the treatment of these effluents, increasing the degradation efficiency. The objective of this work is to use a 2k factorial design with a central point to evaluate the degradation and mineralization of surfactants present in light gray water and toxicity through the techniques of anodic oxidation (AO-H2O2) photo electro Fenton (PEF) and O3/H2O2. The scale up in a pilot solar plant was also evaluated using the Photoelectro-Fenton solar technique (PEFS). The feasibility of applying factorial design to the treatment of light gray water containing dodecyl-benzene sulfonic acid (LAS) by electrochemical processes of advanced oxidation in Na2SO4 electrolyte on a bench scale was demonstrated. The anodic oxidation processes with hydrogen peroxide electrogeneration and Photoelectro-Fenton (PEF) were studied by factorial design of 23 with insertion of the central point, using a first-order mathematical polynomial. On AO-H2O2 using a thin-film boron-doped diamond anode and an air-diffusion carbon-PTFE cathode (both 3 cm2 area) achieving 76% degradation with 40 mg L-1 LAS and NPOC removal of 52.4% with under optimized conditions. For PEF using [Fe2+] = 5 mg L-1 and current density j = 77.5 mA cm-2 the best responses for LAS degradation were 63.12% and 78.28% NPOC removal. The optimal conditions found in the treatment of PEF by factorial design were used in the treatment of 10 L of ACc by solar Photoelectro-Fenton process (SPEF) in a composite parabolic collector solar reactor (CPC) equipped with an electrochemical cell-type filter press, reaching 70% of LAS removal and 55% of ACc mineralization after 240 min of treatment. As for the treatment with ozonation with the addition of hydrogen peroxide, the influence of the independent variables was evaluated: ozone concentration, hydrogen peroxide concentration, pH and time in degradation, mineralization and acute toxicity for Artemia Salina in the treatment of light gray water performing a 24 factorial design with triplicate at the central point, totaling 19 experiments, using Minitab software version 19. The responses of the factorial design of the O3/H2O2 process showed linear behavior with excellent linear regression coefficients R2 = 96.97% and R2adj = 94 .54% for degradation and R2 = 95.36% and R2adj = 91.65% for mineralization showing a low experimental error. The time variable had a greater effect on the degradation response and the pH variable had a greater effect on mineralization. For a time of 60 min, it obtained a degradation of 82.20% with an ozone concentration of 44 mg L-1 and 10 mg L-1 of hydrogen peroxide concentration, whereas for mineralization it was with an ozone concentration of 16 mg L-1 and 50 mg L-1 of hydrogen peroxide concentration, reaching after 60 minutes 53.73% of mineralization. The tests with Artemia Salina were carried out under the best conditions of the experiments, and the processes with ozonation and PEF proved to be very effective, not showing acute toxicity. These two processes are promising in the application of new technologies for surfactant removal. |
Palavras-chave: | Fotoeletro-Fenton processos oxidativos avançados águas cinza clara O3/H2O2 ecotoxidade. |
País: | Brasil |
Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
Sigla da Instituição: | UFMS |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/5925 |
Data do documento: | 2023 |
Aparece nas coleções: | Programa de Pós-graduação em Química |
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