Ozônio no tratamento de águas residuárias de laticínios: otimização e cinética de degradação da matéria orgânica

• Main Author: Carvalho, Marta Cristina Silva
• Other Authors: Faroni, Lêda Rita D’Antonino
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Viçosa 2016
• Subjects: Resíduos industriais; Laticínios; Águas residuais - Purificação; Flotação; Ozonização; Cinética; Engenharia Agrícola
• Online Access: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/8212

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas ([e-mail]) on 2016-07-11T18:26:26Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 977929 bytes, checksum: d330bab17b2ce728f8de32e1b9f0ed3d (MD5) === Made available in DSpace on 2016-07-11T18:26:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 977929 bytes, checksum: d330bab17b2ce728f8de32e1b9f0ed3d (MD5) Previous issue date: 2015-08-12 === Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico === As indústrias de laticínios geram um grande volume de efluentes com elevado potencial poluidor e o cumprimento da legislação sobre o lançamento destes efluentes é fundamental para a preservação dos recursos hídricos. Devido às dificuldades em se obter tratamentos eficientes na degradação das águas residuárias de laticínios, alternativas tecnológicas tem sido investigadas. Reagentes químicos com elevado poder de oxidação vêm sendo utilizados na remoção de compostos recalcitrantes presentes nos efluentes, estes tratamentos são denominados Processos Oxidativos Avançados (POAs), dentre eles a ozonização se destaca por apresentar um potencial de oxidação superior à maioria. Além disso, a eficiência da ozonização pode ser melhorada quando combinada com processos físicos (flotação), outros POAs ou com íons metálicos. Nesse contexto, objetivou-se com o presente estudo avaliar a eficiência da flotação/ozonização na degradação da matéria orgânica presente em efluente sintético de laticínios. Em um primeiro momento avaliou-se a otimização da flotação/ozonização para a remoção da demanda química de oxigênio (DQO) de efluente sintético simulando águas residuárias de laticínios, considerando-se diferentes concentrações do gás ozônio, de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) ou íon metálico manganês (Mn 2+ ) para o efluente em diferentes pHs. A otimização do tratamento foi realizada por meio de inferências estabelecidas utilizando-se análise de variância, gráfico de Pareto, gráfico de contorno e função desejabilidade. Verificou-se, com base nos perfis de desejabilidade, que o tratamento flotação/ozonização combinado com o H 2 O 2 pode remover praticamente toda a DQO do efluente sintético, caso se utilize concentrações de gás ozônio acima de 42,9 mg L -1 , combinadas com concentrações de H 2 O 2 superiores a 1071,5 mg L -1 , para pH superior a 9,0, no entanto, em meio ácido (pH < 5,0) a adição do O 3 pode ser dispensada quando utilizada uma concentração de H 2 O 2 superior a 1071,5 mg L -1 . Para o processo de flotação/ozonização catalisado pelo Mn 2+ , a otimização do tratamento foi obtida para a máxima concentração de ozônio (53,8 mg L -1 ), no efluente sintético com pH 3,6, independente da concentração de Mn 2+ adicionada. Após a determinação dos pontos ótimos, verificou-se no segundo experimento a cinética de degradação da matéria orgânica (DQO), com o ajustamento de modelos matemáticos e a obtenção dos seus respectivos parâmetros cinéticos. A cinética da degradação da DQO foi realizada para o processo de flotação/ozonização utilizando-se: [O 3 ] de 42 mg L -1 e pH de 3,6; 7,0 e 10,4 e para o processo de flotação/ozonização catalisado pelo Mn 2+ utilizando-se concentração de O 3 de 42 mg L -1 , [Mn 2 ] de 0,040 mg L -1 e pH 7,0, por um período de reação de 240 min. Foram testados quatro modelos baseados na cinética de reação de primeira ordem: escoamento pistonado, mistura completa, modelo assintótico (residual) e o modelo de Chan e Chu (2003). Independente do tratamento utilizado, os modelos que mais se ajustaram foram o modelo assintótico e de Chan e Chu (2003). Os melhores resultados para a cinética foram obtidos para o meio ácido, apresentando coeficientes cinéticos aparentes (k) de 0,2394 min -1 para o modelo assintótico e o coeficiente experimental relacionado à cinética reacional (1/ρ) de 0,4816 min -1 para o modelo de Chan e Chu (2003). Com o intuito de validar os resultados obtidos, aplicou-se o processo de flotação/ozonização em água residuária bruta real de laticínios, durante 20 min em meio ácido, com concentração de gás ozônio de 42 mg L -1 . Os resultados mostraram remoções de aproximadamente 97% de DQO e DBO, 12% de nitrogênio total (N T ) e 91% da turbidez, atendendo assim os padrões estabelecidos pelo CONAMA 430/2011, exceto o N T . Palavras-chave: Laticínios, tratamento de efluentes, tratamento físico- químico, cinética. === The dairy industry generates a large volume of effluents with high pollution potential and, hence, compliance with standards and regulation is fundamental for the preservation of water resources. Due to difficulties in obtaining effective degradation of these contaminants, treatment alternatives have been investigated and proposed. Chemical treatments with high oxidation power have been used in the removal of recalcitrant compounds present in these effluents. These treatments are called Advanced Oxidation Processes (AOPs) and ozone stands out for presenting higher oxidation potential than the majority. However, ozonation efficiency may be improved when combined with physical processes (flotation), other AOPs or with metal ions. In this context, the aim of the present study was to evaluate the efficiency of flotation/ozonation in the degradation of organic matter present in dairy effluent. At first the optimization of flotation/ozonation was evaluated for COD removal of synthetic dairy effluent considering different concentrations of ozone gas, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or manganese metal ion (Mn 2+ ) at different pHs. The optimization of the treatment was carried out by inferences established using analysis of variance, Pareto chart, contour plot and desirability function. It was found, based on desirability profiles, the flotation/ozonation combined treatment with H 2 O 2 can remove virtually all COD of the synthetic effluent, if using gas ozone of concentrations up to 42.9 mg L -1 combined with H 2 O 2 concentrations greater than 1071.5 mg L -1 to pH above 9.0, however, in an acid medium (pH < 5.0) the addition of O 3 may be dispensed with when using a H 2 O 2 concentration in excess of 1071.5 mg L -1 . For the process of flotation/Ozonation catalyzed by Mn 2+ , a treatment optimization is obtained for maximum ozone concentration (53.8 mg L - ) the synthetic effluent at pH 3.6, regardless of the concentration of Mn 2+ added. After finding of the optimal point, the kinetics of organic matter degradation (COD) was determined by the adjustment of mathematical models and identification of the respective kinetic parameters. The kinetics of degradation COD was performed for the process of flotation/ozonation using if: 42 mg L -1 [O 3 ], pHs 3.6, 7.0 and 10.4, and for the process of flotation/ozonation catalyzed by Mn 2+ using if concentration in 42 mg L -1 [O 3 ] and 0.040 mg L -1 [Mn 2+ ] 1 the pH 7.0, during a 240 min reaction period. Four kinetic models were tested: plug-flow reactor, continuous stirred-tank reactor, asymptotic model and the model of Chan and Chu (2003). Regardless of the treatment used, the asymptotic model and Chan and Chu’s model gave better fits. The best kinetics results were obtained for acidic condition with kinetic coefficients (k) of 0.2394 min -1 for the asymptotic model and (1/ρ) of 0.4816 min -1 for the Chan and Chu’s model. In order to validate the results, flotation/ozonation tests were carried out with raw dairy wastewater from a full-scale plant for 20 min in an acidic medium with O 3 concentration of 42 mg L -1 . Results showed removals of 97% for COD and BOD, 12% for nitrogen, and 91.2% for turbidity, which concentrations were within the Brazilian compliance standards, except nitrogen. Keywords: dairy industry, wastewater treatment, physico-chemical treatment, kinetics