Developing Integrated Decontamination Methods Involving Chemical Treatment (Fenton's Reaction and Ozonation) and Biofiltration by Invasive Asian Clams for Challenging Effluents.

Abstract

The presence of persistent organic contaminants, often emerging molecules, is an increasing problem in different types of water (even in drinking water supplies). Looking for appropriate water treatment solutions that are not only more efficient than current decontamination methods, but also more respectful for the environment is one of the most active research lines of our time. This work is aligned with such strategy, addressing two topics: (i) the treatment of winery effluent and (ii) the removal of parabens from water. While being fairly independent, the two working topics share a common research approach – ultimately integrated decontamination methods involving chemical treatment and biofiltration by the damaging invasive Asian clam are intended. The first project consisted of a pilot scale study of combined Fenton's reaction and biofiltration applied to treat winery effluent. A clams' biofilter of 0.408 m2 was designed and used to process 80 L of Fenton-treated wastewater. The results showed that high percentage of COD was removed from the effluent, with the final water quality being comparable with that resulting from the standard process in this field. The aim of the second project was the development of ozonation as a treatment approach for parabens, eventually to be combined with biofiltration. The results reported here indicate that is possible to reduce the percentage of COD of an artificial effluent rich in parabens using ozonation. Moreover, this process was also proven to reduce the toxicity of the model effluent. This thesis opens up the prospect for alternative processes involving a symbiosis between nature and chemistry to reduce the environmental impact of chemical processes in waste water treatment.

La presenza di contaminanti organici persistenti, che spesso sono contaminanti emergenti, è un problema in diversi tipi di acque (anche nell'acqua potabile). Cercare una soluzione a questo problema che sia non solo la più efficiente rispetto ai metodi utilizzati oggi per la decontaminazione, ma anche che rispetti di più l'ambiente è uno degli obiettivi del nostro tempo. Questo lavoro di tesi riguarda due temi: (i) il trattamento di acque reflue derivanti da attività di vinificazione e (ii) la rimozione di parabeni dall'acqua. Pur essendo abbastanza indipendenti, i due lavori condividono un approccio comune di ricerca - metodi di decontaminazione integrati che coinvolgono il trattamento chimico e biofiltrazione da parte dell'invasiva Asian Clam. Il primo lavoro è uno studio su scala pilota di un processo combinato tra reazione Fenton e biofiltrazione per il trattamento di effluenti vinicoli. Un biofiltro di 0.408 m2 è stato utilizzato per filtrare 80 L di acque reflue vinicole dopo la reazione Fenton. I risultati mostrano che un'alta percentuale di COD è stata rimossa dall'effluente vinicolo e la qualità finale dell'acqua è comparabile con i processi standard generalmente usati in questo campo. Lo scopo del secondo lavoro è lo sviluppo dell'ozonation come trattamento per i parabeni ed eventualmente la sua combinazione con la biofiltrazione. I risultati ottenuti indicano che, sfruttando questo processo, è possibile ridurre la percentuale di COD di un effluente artificiale ricco di parabeni. Si dimostra inoltre, una riduzione di tossicità dell'effluente modello. Questa tesi apre prospettive di processi alternativi che comportano una simbiosi tra natura e chimica per ridurre l'impatto ambientale dei processi chimici nel settore del trattamento di acque reflue.