Processo de Fenton e Permuta iónica para recuperação do catalisador

Abstract

The present work aimed to analyze wastewater treatment processes from the wine industry. Wine production generates a large amount of wastewater with a large organic load, which causes numerous environmental impacts.Biological treatment is the most used technique to reduce the organic load of liquid effluents. However, these wastewater are a problem for biological treatment in WWTPs, as they contain a wide variety of organic components, which are not easy to degrade by microorganisms. This problem is highlighted by the high variation in composition and flow of wine effluents throughout the year. The biological treatment stations are sized for the harvest period (peak in effluent production), that is, they are oversized during the rest of the year. In the case of effluents that have compounds with low biodegradability, it is necessary to resort to alternative physical-chemical treatments, such as advanced oxidation processes, namely the Fenton process.In this work, the application of the Fenton process was studied, followed by the ion exchange process and subsequent iron removal, to avoid the ferrous sludge generated in the Fenton and recover the catalyst.In the Fenton process, a three-level experiment design (3n) was applied to assess the influence of the two variables tested (hydrogen peroxide concentration and H2O2 / Fe2+ ratio) on the efficiency of removing organic charge in order to find optimal conditions for the process. The results of the treatment with Fenton's reagent allowed to obtain an optimal removal efficiency using 5 102 mg L-1 of H2O2 and a ratio of H2O2 / Fe2+ of 15, reaching a COD removal of 57 % and removal of TPh from 100%.The ion exchange experiments were carried out using the Dowex Marathon C resin. The ion exchange equilibrium state was reached after 1 h 30 min. The resin operates in a pH range 1 to 4 without changing its efficiency. The fitting of equilibrium isotherms was achieved using the Langmuir and Freundlich models, however, the best fit was obtained for the second model. For the synthetic effluent, using the Langmuir isotherm, a qmax of 84,52 mgFe g-1resin at 25 ºC was obtained, which did not change significantly at a temperature of 50 ºC. For the real effluent after treatment with Fenton's reagent, a maximum capacity lower than that obtained for the synthetic effluent was obtained. In the case of the experiments carried out in a fixed bed column, a similar behavior is verified for both solutions, with the efficiency of iron recovery obtained of 29 and 46 %.

O presente trabalho teve como finalidade analisar processos de tratamento de águas residuais provenientes da indústria vinícola. A produção de vinho gera uma grande quantidade de águas residuais com grande carga orgânica, que causam inúmeros impactos ambientais.O tratamento biológico é a técnica mais utilizadas para redução da carga orgânica de efluentes líquidos. Porém, estas águas residuais constituem um problema para o tratamento biológico em ETAR’s, uma vez que contêm uma grande diversidade de componentes orgânicos, que não são fáceis de degradar pelos microrganismos. Este problema é enaltecido pela elevada variação de composição e caudal dos efluentes vinícolas ao longo do ano. As estações de tratamento biológico encontram-se dimensionadas para o período da vindima (pico na produção de efluentes), ou seja, estão sobredimensionadas durante o resto do ano. No caso de efluentes que possuem compostos com baixa biodegradabilidade é necessário recorrer a tratamentos físico-químicos alternativos, como os processos de oxidação avançada, nomeadamente o processo Fenton.Neste trabalho foi estudada a aplicação do processo Fenton seguido do processo de permuta iónica e posterior remoção do ferro, para evitar as lamas ferrosas geradas no Fenton e recuperar o catalisador.No processo de Fenton aplicou-se um desenho de experiências de três níveis (3n), para avaliar a influência das duas variáveis testadas (concentração de peróxido de hidrogénio e razão H2O2/Fe2+) na eficiência de remoção de carga orgânica com a finalidade de encontrar as condições ótimas para o processo. Os resultados do tratamento com reagente de Fenton utilizando 5 102 mg L-1 de H2O2 e H2O2/Fe2+ de 15, permitiram obter uma remoção da CQO de 57 % e remoção de TPh de 100 %.As experiências de permuta iónica foram efetuadas recorrendo à resina Dowex Marathon C. O estado equilíbrio de permuta iónica foi atingido após 1 h 30 min. A resina opera numa gama de pH 1 a 4 sem alteração da sua eficiência. O ajuste das isotérmicas de equilíbrio foi conseguido recorrendo aos modelos de Langmuir e Freundlich; contudo, obteve-se o melhor ajuste para o segundo modelo. Para o efluente sintético, recorrendo à isotérmica de Langmuir obteve-se um qmax de 84,52 mgFe g-1resina a 25 ºC, o que não sofreu uma alteração significativa à temperatura de 50 ºC. Para o efluente real após o tratamento com reagente de Fenton, obteve-se uma capacidade máxima inferior à obtida para o efluente sintético. No caso das experiências realizadas em coluna de leito fixo, verifica-se um comportamento similar para ambas as soluções, sendo que a eficiência de recuperação de ferro que obtida é de 29 e 46 %.