Integração do processo de Fenton e biofiltração com Corbicula fluminea para o tratamento de efleuentes vinícolas

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraO objetivo proposto desta investigação consistiu na análise do potencial da integração de dois processos de tratamento de efluentes envolvendo o reagente de Fenton e a biofiltração com amêijoa asiática, na depuração de águas residuais provenientes da indústria de produção de vinho. Nos estudos desenvolvidos com o processo de Fenton foram analisadas duas gamas de condições de tratamento tendo em conta a carga de reagentes (peróxido de hidrogénio e ferro) utilizada. A utilização da gama baixa permitiu avaliar se as condições operacionais descritas na literatura para o tratamento de efluentes vinícolas usando foto-Fenton (isto é, recorrendo a radiação como coadjuvante da reação) podiam ser extrapoladas, para o caso em que não é utilizada luz. No entanto, para esta gama, a remoção de carga orgânica (medida como carência química de oxigénio – CQO) máxima foi de 19.4 % usando [Fe2+] = 13,3 mM e [H2O2] = 0.05 M. Tendo em conta a baixa degradação obtida, planeou-se um desenho de experiências para avaliar o efeito da concentração de reagentes na eficiência do processo, agora usando uma gama alta de carga de ferro e de peróxido de hidrogénio. Concluiu-se que, para a gama testada, as melhores condições seriam [Fe2+] = 30 mM [H2O2] = 0.206 M, levando a uma remoção de CQO de 52 %. Tendo em conta a sazonalidade da sua composição, a toxicidade dos efluentes vinícolas produzidos em diferentes alturas do ano foi estudada através de testes de mortalidade com a amêijoa asiática, para uma exposição de 96h. Os resultados revelaram que, quanto maior a carga orgânica do efluente, maior a toxicidade. Por outro lado, verificou-se que aplicação do processo de Fenton (usando as duas condições referidas anteriormente) reduz significativamente o impacto das águas residuais sobre a C. fluminea. De facto, entre as duas condições de Fenton referidas houve apenas pequenas diferenças no que toca a mortalidade da amêijoa, pelo que a escolha da melhor terá que passar por uma análise económica. O processo de biofiltração (10 dias) demonstrou elevada eficiência na remoção de CQO. A carência química de oxigénio apresentou um pico de remoção, que rondou os 100 %, no oitavo dia, aproximadamente, para todos os efluentes em teste. No entanto, esse valor não se manteve devido à matéria orgânica expelida das amêijoas ao longo do processo que, ao fim do 8º dia, levou a um gradual aumento do CQO da água. Os resultados obtidos demonstram assim, que a integração entre o processo de Fenton e a biofiltração com C. fluminea constitui uma tecnologia promissora, podendo permitir a recuperação e reutilização da água num processo vinícola. Além disso, esta metodologia constitui uma forma inovadora de controlo de uma espécie invasora.The aim of the research carried out was to analyze the integration of two wastewater treatment processes involving Fenton’s reactant and biofiltration using Asian clam. In what regards, the studies developed using Fenton’s process, two ranges of reactants (hydrogen peroxide and iron) concentration were tested. The application of a low range of reactants load allowed to evaluate the possibility of applying the conditions described in literature for photo-Fenton (using light to enhance the reaction) in dark Fenton (without radiation). However, for that range, the maximum organic charge (measured as chemical oxygen demand – COD) removal was about 19.4 % using [Fe2+] = 13,3 mM e [H2O2] = 0.05 M. Bearing in mind these results, a design of experiments was planned to evaluate the effect of iron and hydrogen peroxide load over the process efficiency at a higher range of concentrations. It was concluded that, for the range studied, the best conditions were [Fe2+] = 30 mM [H2O2] = 0.206 M, leading to up to 52 % of COD removal. Due to the well seasonality of this kind of water, the toxicity of winery effluent produced during different periods of the year was studied through mortality tests with Asian clam, with an exposition time of 96h. It was verified that the higher organic load led to higher toxicity. On the other hand, the use of Fenton’s process as pre-treatment (for both conditions referred before) strongly reduced the toxicity of the effluent over C. fluminea. In fact, only slight differences were found between the wastewaters treated by both Fenton’s operating conditions. In this context, the selection of Fenton’s reactants loads must consider an economical evaluation. The biofiltration process (10 days) revealed a high efficiency for COD removal. The chemical oxygen demand abatement showed a maximum after 8 days (~100 %). But, this efficiency was not constant probably due to the fact that the clams expelled some organic matter along time leading to a COD increase after that day. The results obtained with this research demonstrate that the integration between Fenton’s process and biofiltration using C. fluminea is a promising technology able to obtain treated water with conditions to be reused. Moreover, this methodology constitutes an innovative way to control invasive species