Otimização da oxidação fotossensitizada em meio heterogéneo no tratamento de efluentes vinícolas

Abstract

O aumento da exploração dos recursos hídricos para consumo humano e na agricultura está a fazer-se sentir na diminuição gradual da disponibilidade da água. Para minimizar a escassez deste recurso, que é tão essencial à vida e ao meio ambiente, é necessário desenvolver estratégias que possibilitem a sua preservação, como a reutilização da água proveniente de processos industriais. Esta estratégia contribui para a economia circular da gestão da água e possibilita o seu abastecimento a atividades prejudicadas pelas alterações climáticas, como a agricultura. Além disso, o setor agrícola, onde se insere a indústria vinícola, é responsável por grandes consumos de água e elevada produção de efluentes. Assim, e considerando a crescente evolução da indústria vinícola, definiu-se o efluente vinícola como caso de estudo neste trabalho, com vista à diminuição da pegada hídrica deste setor.Para que as águas possam ser reutilizadas é necessário que estas sejam tratadas, de forma a obter o nível de depuração adequado, respeitando os limites impostos na legislação. Desta forma, estudou-se a aplicabilidade da oxidação fotossensitizada no tratamento de efluentes vinícolas. A oxidação fotossensitizada é um processo de oxidação avançada que necessita da presença de uma fonte de radiação adequada, oxigénio e um fotossensitizador. A presença destes 3 componentes permite a formação de singletos de oxigénio, capazes de oxidar compostos resistentes que não são degradados por tratamentos tradicionais. Esta técnica foi realizada em meio heterogéneo, recorrendo a suportes de quitosano imobilizados com ftalocianina tetrasulfonada de zinco (ZnPcS4), o fotossensitizador utilizado.No sentido de otimizar o tratamento por oxidação fotossensitizada, avaliou-se a influência dos parâmetros: pH inicial do efluente, caudal de arejamento, reutilização dos fotocatalisadores, massa de fotocatalisador e concentração da solução de imobilização de fotossensitizador. As melhores reduções foram obtidas para um pH ácido e para um caudal de arejamento reduzido, degradando-se cerca de 44% de CQO e 73% de TPh. Além disso, o pH ácido foi o único que não provocou a lixiviação do fotossensitizador, possibilitando a reutilização dos fotocatalisadores. De forma a estudar esta possibilidade reutilizou-se os fotocatalisadores 6 vezes, e observou-se uma menor eficiência de redução a partir da 3ª utilização. O estudo da influência da massa de fotocatalisador indica que uma maior massa contribui para uma maior redução da matéria orgânica, tal como observado para a concentração da solução de fotossensitizador.

The exploitation of water resources for human consumption and agriculture is resulting in a gradual decrease in the availability of water. Since this resource is essential to life and the environment, and to minimize its scarcity, it is necessary to develop strategies that enable its preservation, such as the reuse of water from industrial processes. This strategy contributes to the circular economy of water and makes it possible to supply it to activities harmed by climate change, such as agriculture. Besides that, the agriculture sector, which includes the wine industry, is responsible for large consumption of water and high production of wastewater. Considering the development of the wine industry, the winery effluent was defined as a case study in this paper to reduce the water footprint of this sector.For water to be reused, it must be treated to obtain the appropriate level of purification, regarding the limits imposed by legislation. In this way, it was studied the applicability of photosensitized oxidation in the treatment of winery effluents. Photosensitized oxidation is an advanced oxidation process that requires the presence of a suitable radiation source, oxygen, and a photosensitizer. The presence of these 3 components allows the formation of oxygen singlets, capable of oxidizing resistant compounds that are not degraded by traditional treatments. This technique was carried out in a heterogeneous medium, using chitosan supports immobilized with zinc tetrasulfonated phthalocyanine (ZnPcS4), the photosensitizer used.To optimize the photosensitized oxidation treatment, the influence of these parameters was evaluated: initial pH, aeration flow rate, reuse of photocatalysts, photocatalyst mass, and concentration of the photosensitizer. The best results were obtained at an acidic pH and a reduced aeration flow rate, reducing 44% of COD and 73% of TPh. Besides, the acidic pH allows the reuse of the photocatalysts since it did not cause the leaching of the photosensitizer. To evaluate this possibility, the photocatalysts were reused 6 times, and a lower reduction efficiency was observed after the 3rd use. Thus, a greater mass and concentration of photosensitizer contributed to a superior reduction of organic matter.