Metal Activated Persulfate Process Applied to Synthetic Olive Mill Wastewaters Treatment

Abstract

Wastewaters from the olive oil industry are considered a regional environmental problem, given their rich composition of phenolic compounds and their inherent toxicity. Despite the research done in advanced oxidation processes (AOP), these technologies are not yet applied on a large scale, due to the high associated cost. Specifically, in the case of Fenton process, there is also associated the drawback related to iron sludge formation and management. Thus, this study focusses on Sulfate Radical based Advanced Oxidation Process (SRbAOP) as an alternative to Fenton process in wastewater treatment. The SRbAOP applied is based on the metal activated persulfate using homogeneous and heterogenous catalysis, applying manganese, iron and copper as the main metals. This method was tested to treat a synthetic wastewater from the olive oil industry composed of 5 phenolic acids usually found on the real agro-effluents. Synthetic olive mill wastewaters were submitted to homogeneous SRbAOP using iron sulfate, as the source of iron (II). This process was optimized by testing different pH values, as well as iron and persulfate loads. With the optimization, it was possible to achieve a 39%, 63% and 37% of COD, phenolic compounds and TOC removal, by using a pH of 5, 300 mg/L of iron and 600 mg/L of persulfate. Toxicity tests using A. fischeri and L. sativum showed that the untreated and the treated wastewater presented the same toxicity, the reason possibly being the formation of hydroquinone as an intermediate compound. The synthetic wastewater was also submitted to heterogenous SRbAOP using red mud and Fe-Ce-O, as a source of iron (III), and commercial catalysts, as a source of manganese and copper. The best catalyst was Fe-Ce-O with an optimal load of 1600 mg/L. At these conditions, 27%, 55% and 5% of COD, phenolic compounds and TOC removal were achieved. Toxicity tests on A. fischeri and L. sativum showed a rise in toxicity from the treated solutions, when compared with the original one.

Os efluentes da indústria do azeite são considerados um problema ambiental regional, tendo em conta a sua composição rica em composto fenólicos e a sua toxicidade inerente. Apesar da investigação realizada em processos de oxidação avançada (AOP), devido ao seu elevado custo associado, estas tecnologias ainda não aplicadas em grande escala. Especificamente, no caso do processo de Fenton, há ainda associada a desvantagem da formação de lamas ferrosas e a sua gestão. Assim, este estudo foca-se nos Processos de Oxidação Avançada baseados em Radicais de Sulfato (SRbAOP) como uma alternativa ao processo de Fenton no tratamento de efluentes. O SRbAOP aplicado baseia-se na ativação de persulfato por metais, recorrendo tanto à catálise homogénea como à heterógena, usando manganês, ferro e cobre como os principais metais. Este método foi testado quanto à sua eficácia para tratar um efluente sintético da indústria do azeite composto por cinco ácidos fenólicos, usualmente encontrados em agro- efluentes reais. O efluente sintético foi submetido ao SRbAOP homogéneo no qual foi usado sulfato de ferro, como fonte de ferro (II). Este processo foi otimizado por testagem de diferentes valores de pH e diferentes concentrações de ferro e persulfato. Com esta otimização, foi possível alcançar-se uma remoção de 39%, 63% e 37% de COD, compostos fenólicos e TOC, respetivamente, usando um pH de 5, 300 mg/L de ferro e 600 mg/L de persulfato. Os testes de toxicidade recorrendo a A. fischeri e L. sativum mostraram que o efluente não tratado e o tratado apresentam a mesma toxicidade, o que se pode dever à formação de hidroquinona, como um composto intermediário. O efluente sintético foi ainda submetido ao SRbAOP heterogéneo usando lamas vermelhas e Fe–Ce–O, como fontes de ferro (III), e a catalisadores comerciais, como fonte de manganês e cobre. O melhor catalisador foi o Fe–Ce–O com uma concentração ótima de 1600 mg/L. Nestas condições, alcança-se uma remoção de 27%, 55% e 5% de COD, compostos fenólicos e TOC, respetivamente. Os testes de toxicidade com A. fischeri e L. sativum mostram que a toxicidade no efluente tratado é superior a do efluente não tratado.