Wastewater treatment through Fenton-like, biofiltration and ion exchange processes

Abstract

Olive mill wastewater and effluents containing contaminants of emerging concern are one of the most recalcitrant effluents to conventional methods. Thus, this study focus mainly on Fenton-like processes for the treatment of these type of effluents aiming at its release into the natural water bodies. Synthetic olive mill wastewater was submitted to heterogeneous Fenton, using red mud - an alumina residue -, being the source of iron(III). The adsorption of the lab-made effluent onto the catalyst had no significant effects in the pollutants' removal. By testing different amounts of both red mud and \ch{H2O2}, it was possible to achieve around 100\% of the pollutants' degradation and 25\% mineralization. The optimal parameters with which such results were made possible were pH = 3, [\ch{H2O2}] = 100 mg/L and a catalyst load of 1g/L. Toxicity tests made on \textit{Corbicula fluminea} and \textit{Viibrio fischeri} showed a rise in toxicity from the treated solutions, when compared to the original one. As for \textit{Lepidium sativum} the toxicity from the treated solutions proved to be less toxic than the original. The contaminants used were Carbamazepine, Sulphametoxazole and Lorazepam. The solution containing these three compounds was also subject to heterogeneous Fenton-derived processes. Under sunlight, at near-neutral pH, the degradation of the three compounds went over the 50\% degradation line, reaching 62\% for Lorazepam. Synthetic Olive mill waste water was later treated with homogeneous photo-Fenton, using iron sulphate as the source of iron. The optimal conditions were 1 g/L of iron (II), pH = 3 and 100 mg/L of initial load of \ch{H2O2}, reaching 70\% of mineralization, ending up with a residual amount of \ch{H2O2} of approximately 23 mg/L, halved by the 50 mg/L obtained by homogeneous Fenton. Regarding iron removal processes, both failed to meet the 2 mg/L limit of iron allowed to be disposed. However, more experimental test have to be made to support the results obtained.

Efluente sintético proveniente da indústria do azeite e efluentes com contaminantes de preocupação emergente são dos efluentes mais recalcitrantes aos métodos convencionais. Assim, este estudo foca-se principalmente nos processos do tipo Fenton para o tratamento destes tipos de efluentes, visando a sua libertação nos corpos aquáticos naturais.O primeiro foi submetido a Fenton heterogéneo, usando red mud - um resíduo da alumina - sendo esta a a fonte de ferro(III). A adsorção do efluente no catalisador não teve efeitos significativos na remoção dos poluentes. Testando diferentes quantidades de red mud e \ch{H2O2}, foi possível atingir cerca de 100\% da degradação dos poluentes e 25\% de mineralização. Os parâmetros óptimos a partir dos quais tais resultados foram possíveis foram pH = 3, [\ch{H2O2}] = 100 mg/L e uma concentração inicial de catalisador de 1g/L. Testes de toxicidade realizados em \textit {Corbicula fluminea} e \textit {Viibrio fischeri} mostraram um aumento na toxicidade das soluções tratadas, quando comparadas com a solução original. Quanto à \textit {Lepidium sativum}, a toxicidade das soluções tratadas mostrou-se menos tóxica do que a solução original. Os contaminantes utilizados foram Carbamazepina, Sulphametoxazole e Lorazepam. A solução, contendo estes três compostos, foi também sujeita a processos derivados de Fenton heterogéneos. Sob a luz do sol, a pH quase neutro, a degradação dos três compostos ultrapassou a linha de 50 \% de degradação, atingindo 62\% no caso referente ao Lorazepam.Efluente sintético proveniente da indústria do azeite foi, desta feita, tratado com foto-Fenton homogéneo, utilizando sulfato de ferro como fonte de ferro(II). As condições ótimas foram 1 g/L de ferro (II), pH = 3 e 100 mg/L de carga inicial de \ch{H2O2}, atingindo 70\% de mineralização, terminando com uma quantidade residual de \ch {H2O2} de aproximadamente 23 mg/L, sendo aproximadamente metade dos 50 mg/L obtida pelo Fenton homogéneo. Em relação à Permuta iónica, a resina Dowex provou ser a escolha mais adequada em comparação às resinas Purolite e Lewatit. Em relação aos processos de remoção de ferro, ambos falharam em atingir o limite de 2 mg / L de ferro que pode ser libertado para o meio. No entanto, mais testes experimentais devem ser feitos para sustentar os resultados obtidos.