Treatment of biodiesel effluent by integration of coagulation-flocculation, UV-C and advanced oxidation processes

Considering a large amount of wastewater generated in the production of biodiesel and high amount of contaminants present in the effluent, in this work, the integration of the coagulation-flocculation process with the direct UV-C and advanced oxidation processes (H2O2/UV-C and photo-Fenton) to improve organoleptic properties and reduce the organic load and toxic levels of the crude biodiesel effluent. Coagulation-flocculation process was applied as a pretreatment, aiming at the maximum turbidity removal efficiency of the effluent, where different iron salts (Fe(NO3)3, FeCl3 and Fe2(SO4)3) and concentrations (0.25, 0.50 and 1.0 mmol L-1) were evaluated. The best results were obtained with 0.5 mmol L-1 of Fe(NO3)3, which resulted in a 99% removal of turbidity at the natural effluent pH (2.9). However, this process was inefficient to remove the organic fraction and toxicity solution, being to need the integration with other processes such as UV-C, H2O2/UV-C and photo-Fenton. Among the evaluated conditions, in the H2O2/UV-C process, the application of 4000 mg L-1 of H2O2 in sequential addition of 2000 mg L-1 with irradiation time between 4 and 6 hours, was ideal for a complete treatment, where a high mineralization efficiency (94%) was obtained and a reduction close to 70% of the acute toxicity to V. fischeri was achieved. On the other hand, in order to reduce costs with chemical reagents, the application of the UV-C process during 6 hours is recommended as a pre-treatment for subsequent coupling with a biological process, where the toxicity reduced from 89% to 22% generating a BOD5/COD equivalent to 0.44. The classical photo-Fenton process presented low efficiency in the removal of the soluble organic fraction from the pretreated effluent due to the formation of stable and soluble complexes between the organic pollutants and ferrous ions, reducing the iron concentration in the medium and, consequently, inhibiting the production of hydroxyl radicals. On the other hand, a positive synergism in organic matter removal was observed in the modified photo-Fenton experiment, using multiple additions of the oxalate complexing agent, which avoided the formation of complexes with the organic pollutants and increased the quantum yield of ferrous ions and hydroxyl radicals. The application of 1.0 mmol L-1 of ferrioxalate contributed to the reduction of the COD at 70% and BOD5 at 76% after a UVA dose of 602 kJ m-2, with simultaneous reduction of the acute toxicity to Vibrio fischeri from 70% to 6%.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorDissertação (Mestrado)Tendo em vista a grande quantidade de água residual gerada na produção do biodiesel e a alta quantidade de contaminantes presentes neste efluente, neste trabalho foi avaliada a integração do processo de coagulação-floculação com os processos de fotólise direta UV-C e de oxidação avançada (H2O2/UV-C e foto-Fenton) visando melhorar as propriedades organolépticas e reduzir os níveis de carga orgânica e toxicidade do efluente bruto de biodiesel. Inicialmente foi aplicado o processo de coagulação-floculação como pré-tratamento visando à máxima eficiência de remoção de turbidez do efluente, onde diferentes sais de ferro (Fe(NO3)3, FeCl3 e Fe2(SO4)3) e concentrações (0,25, 0,50 e 1,0 mmol L-1) foram avaliadas. Os melhores resultados foram obtidos com 0,5 mmol L-1 de Fe(NO3)3, o qual resultou em uma remoção de 99% da turbidez em pH natural do efluente (2,9). Entretanto, este processo foi ineficiente para remover a fração orgânica solúvel e toxicidade, sendo necessária a integração com outros processos, como o UV-C, H2O2/UV-C e foto-Fenton. Dentre as condições avaliadas, no processo H2O2/UV-C a aplicação de 4.000 mg L-1 de H2O2 em adição sequencial de 2.000 mg L-1 com tempo de irradiação entre 4 e 6 horas foi a ideal para um tratamento completo do efluente, onde uma alta eficiência de mineralização (94%) foi obtida e uma redução em torno de 70% da toxicidade aguda para Vibrio fischeri foi alcançada. Por outro lado, objetivando a redução de custos com reagentes químicos, a aplicação do processo UV-C durante 6 horas é recomendado como um pré-tratamento para um subsequente acoplamento com um processo biológico, onde a toxicidade reduziu de 89% para 22%, gerando uma DBO5/DQO equivalente a 0,44. O processo foto-Fenton clássico apresentou baixa eficiência na remoção da fração orgânica solúvel do efluente pré-tratado devido à formação de complexos estáveis e solúveis de poluentes orgânicos com os íons ferrosos, reduzindo a concentração de ferro no meio e, consequentemente, inibindo a produção de radicais hidroxila. Por outro lado, um sinergismo positivo na degradação da matéria orgânica foi observado no experimento foto-Fenton modificado, empregando múltiplas adições do ligante oxalato, o que evitou a formação de complexos com os poluentes orgânicos e aumentou o rendimento quântico de íons ferrosos e radicais hidroxila. A aplicação de 1,0 mmol L-1 de ferrioxalato, permitiu reduzir a DQO em 70% e DBO5 em 76% após uma dose de UVA de 602 kJ m-2, com redução simultânea da toxicidade aguda para V. fischeri de 70% para 6%