Evaluation of combined photocatalytic and biological processes for dyes and organic compounds removal of textile wastewater

A indústria têxtil requer grandes quantidades de água, corantes e produtos químicos em sua atividade, gerando efluentes líquidos, resíduos sólidos, emissões atmosféricas, ruídos e odores que impactam diretamente o meio ambiente. Além disso, os corantes sintéticos são responsáveis por efluentes com intensa coloração, agindo como fonte de poluição e interferindo nos processos fotossintéticos naturais. Esses corantes possuem elevada estabilidade química e fotolítica, tornando-os recalcitrantes, mutagênicos e de difícil remoção por tratamento convencional, como, por exemplo, a coagulação/floculação, sedimentação e lodos ativados. Diante de uma legislação ambiental cada vez mais severa e crescente conscientização do mercado consumidor, as indústrias têm sido obrigadas a encontrar soluções adequadas para o tratamento desse tipo de efluente. A combinação entre processo Físico-Químico e Biológico tem sido estudada como uma alternativa efetiva e viável economicamente. O presente trabalho visa avaliar a combinação entre os processos oxidativo avançado (POA) e biológico no tratamento de efluentes têxteis. Foram utilizadas, neste estudo, soluções aquosas de corantes reativos individuais (vermelho, amarelo e marinho), efluentes têxteis sintéticos (solução dos corantes + aditivos) e, por fim, um efluente têxtil real. Através da varredura em espectrofotômetro UV-VIS entre 380 e 900 nm foi avaliada a descoloração dos sistemas, enquanto a remoção de matéria orgânica através da análise de Carbono Orgânico Total (COT). O POA empregou a fotocatálise heterogênea com ZnO/UV ou TiO2/UV, na concentração de 0,6 mg de fotocatalisador/ml solução, com um tempo de incidência da radiação UV variando entre 30 e 120 minutos. Nos ensaios com as soluções aquosas individuais de corantes (50 mg/L), a descoloração observada em ambos os sistemas fotocatalíticos foi superior a 88% e a remoção de COT ficou entre 26% e 44%, com o tempo de tratamento entre 30 e 45 min. Os tratamentos do efluente sintético ES 1 (contendo corantes+surfactante) e do efluente real ER, com ZnO, não se mostraram eficientes em 120 min de incidência da radiação UV. Já a fotocatálise desses efluentes empregando TiO2/UV, pelo mesmo período, alcançou melhores resultados, tendo-se obtido 38% de remoção de cor e 28% de remoção de COT para o efluente ER. Comparando os dois fotocatalisadores, o melhor desempenho catalítico, tanto na remoção de cor quanto na remoção de COT, foi obtido com o TiO2, que possui área específica muito superior a do ZnO. O tratamento combinado utilizando o bioprocesso aeróbio, por 48h, com lodo aclimatado após o POA, empregando ambos os catalisadores, apresentaram descoloração do efluente sintético ES 1 acima de 97% e remoção do COT superior a 80%. Para o efluente ER, o processo combinado usando TiO2 promoveu, no total, 96,8% de descoloração e 63,2% de remoção do COT. O processo combinando fotocatálise e bioprocesso se mostrou promissor para o tratamento de efluentes têxteisThe textile industry requires large amounts of water, dyes and chemicals in their activity, generating wastewater, solid waste, air emissions, noise and odors that cause direct impact to the environment. In addition, synthetic dyes are responsible for residuals with intense color, acting as a source of pollution and interfering with the natural photosynthetic processes. These dyes have high chemical and photolytic stability, making them recalcitrant, mutagenic and they are hard to remove using conventional treatments, for example, coagulation/flocculation, sedimentation and activated sludge. In face to an environmental legislation increasingly severe and the growing awareness of the consumers, manufacturers have been required to find more appropriate solutions for the treatment of this type of wastewater. The combination of physical-chemical and biological processes has been studied as an effective and economically viable alternative. This study aims to assess the combination of advanced oxidation process (AOP) and biological treatment of textile wastewater. In this study, aqueous solutions of individual reactive dyes (red, yellow and navy blue), synthetic textile wastewater (dyes solutions + additives) and, finally, a real industrial textile wastewater were used. The decoloration was evaluated by UV-VIS spectrophotometry scan between 380 and 900 nm, while the organic matter removal by total organic carbon (TOC) analysis. The POA employed heterogeneous photocatalysis with ZnO/UV or TiO2/UV, concentration of 0.6 mg/ml solution, with an incidence time of UV radiation ranging between 30 and 120 minutes. In the tests with each individual dye aqueous solutions (50 mg/L), the decoloration observed in both photocatalytic systems was higher than 88%, and the TOC removal was between 26% and 44%, with a treatment time between 30 and 45 min. The treatment of the synthetic wastewater (SW 1) containing dyes + surfactant and real wastewater (RW), with ZnO, was not efficient after 120 min of UV radiation incidence. The photocatalysis of these effluents (RW) using TiO2/UV and the same time of reaction, achieved better results, yielding 38% of color removal and 28% of TOC removal. Comparing both photocatalysts, the better catalytic performance, both in color and in TOC removings was obtained with TiO2, which has much higher surface area than ZnO. The combined treatment using aerobic bioprocess for 48 hours with acclimated sludge after POA, using both catalysts, showed decoloration of the SW 1 above 97% and removal of TOC greater than 80%. For the RW, the combined process using TiO2 promoted 96.8% of decoloration and TOC removal of 63.2%. The process coupling photocatalysis and bioprocess has proven to be promising for the treatment of textile wastewate