Treatment of liquid effluents by catalytic ozonation and photo-Fenton's processes

Abstract

A poluição da água e a sua escassez são dois grandes problemas que a humanidade está a enfrentar hoje em dia. Neste contexto, o tratamento de efluentes bio-refractários por processos avançados de oxidação (PAOs) destaca-se devido à geração de espécies muito reactivas, como é o caso dos radicais hidroxilo. Entre estes sistemas químicos, a ozonólise e o processo de foto-Fenton, operando em condições normais de pressão e temperatura, são de especial interesse na medida em que envolvem menores custos de operação. Portanto, com o objectivo de promover o desenvolvimento destes dois processos utilizou-se e analisou-se um efluente sintético envolvendo seis ácidos fenólicos comummente encontrados em agroefluentes, ou seja, os ácidos gálico, protocateutico, trans-cinamico, 3,4,5-trimetoxibenzóico, verátrico e 4-hidroxibenzóico. A fim de avaliar os processos de ozonólise simples e catalítica (catalisador – Pt/Al2O3), estudou-se o efeito do pH verificando-se que este parâmetro afecta a decomposição do ozono, assim como a formação de radicais hidroxilo. A utilização do catalisador a pH 7 mostrou ser o sistema catalítico mais interessante na depuração deste efluente, obtendo-se 93.0 % e 47.7 % para a remoção de TPh e CQO, respectivamente, após 120 minutos de oxidação. Para pH 3, a ozonólise catalítica foi afectada pela presença de radical scavengers revelando que a reacção ocorre principalmente pela formação de radicais hidroxilo produzidos pela decomposição do ozono sobre a superfície do catalisador. Não foram observadas diferenças significativas a nível morfológico e estrutural entre o catalisador fresco e usado pelas análises de SEM e XRD. Após 120 minutos de reacção, o catalisador recuperado não apresentou quaisquer problemas de lixiviação quando comparado com metais de transição. Além do mais, uma sequência de ensaios feed-bacth envolvendo o reaproveitamento do catalisador demonstrou que a sua actividade se manteve praticamente constante durante o tempo de operação, 120 minutos em cada batch. De acordo com os testes de eco-toxicidade verificou-se uma redução do impacte ecológico por parte do efluente inicial, após tratamento. O catalisador Pt/Al2O3 parece ser um sólido promissor a nível industrial, podendo conduzir a um processo mais económico, embora careça de uma análise económica aprofundada. No processo de foto-Fenton foram realizados ensaios preliminares que ainda não permitiram inferir acerca da eficiência do mesmo.

Water pollution and its scarcity are the main problems that humankind is facing nowadays. In this regards, great attention is being given to the removal of these pollutants from groundwater and wastewater by advanced oxidation processes (AOPs) that are based on generation of highly reactive species, especially hydroxyl radicals. Among them, ozonation and photo-Fenton’s processes, operating at room conditions of pressure and temperature, are of special interest involving lower operational costs. Therefore, aiming to give a contribution in the development of these two processes, a synthetic effluent involving major phenolic compounds typically found in olive oil mill wastewaters namely: gallic, protocatechuic, transcinnamic, 3,4,5-trimethoxybenzoic, veratric, and 4-hydroxybenzoic acids was used and analysed. In both single and catalytic ozonation over Pt/Al2O3, the medium pH affected the rate of ozone decomposition and the formation of hydroxyl radicals. The optimum values were achieved for the catalytic system - pH 7 with 93.0 % and 47.7 % of TPh and COD removal, after 120 minutes. For pH 3, the catalytic ozonation was strongly affected by the presence of radical scavengers meaning that the reaction pathway developed mainly through hydroxyl radicals produced by the decomposition of ozone over the catalyst surface. No significant morphological or structural differences were observed between the fresh and used solid by SEM and XRD analysis. After 120 minutes of reaction, the recovered catalyst showed negligible aluminium leaching behaviour. Moreover, a sequence of feed-batch trials involving the catalyst reutilization exhibited almost constant activity during the operation time, 120 minutes. According to eco-toxicological tests, ecological impact was reduced after the treatment of the initial effluent. Pt/Al2O3 seems to be a promising catalyst at industrial scale, which possible leads to lower operational costs, although a depth economic analysis is needed. Preliminary experiments were carried out using photo-Fenton’s process; however it was not possible to conclude about its efficiency.