Estudo da degradação de efluentes agroindustriais através de reatores do tipo perfeitamente agitado, utilizando UV-LEDs/TiO2

Dissertação de Mestrado em Biotecnologia e Qualidade AlimentarA indústria agroalimentar produz compostos recalcitrantes ao tratamento biológico, pelo que os tratamentos convencionais, como lamas ativadas, são ineficazes devido à baixa razão CBO5/CQO. Os processos de oxidação avançados, nomeadamente a fotocatálise heterogénea assistida por materiais semicondutores, é uma alternativa ao tratamento deste tipo de efluentes. O TiO2 é o catalisador mais utilizado, visto ser resistente à foto-corrosão, estável, de baixo custo e ter elevada atividade fotocatalítica. Contudo, há dificuldade na sua separação do meio reacional e só é ativado por luz UV de <380 nm. No presente trabalho foram construídos dois sistemas de LEDs a emitir a 370 nm e a 365 nm, com potências até 30 W/m2 e 85 W/m2, respetivamente. Estes dispositivos foram testados num reator construído à escala laboratorial, em ensaios de fotocatálise com TiO2 P25 da Evonik (ex-Degussa), em ensaios descontínuos e em contínuo do tipo reator perfeitamente agitado (RPA). Numa primeira fase, investigou-se a degradação do corante azo Reactive Black 5 (RB5) e de um composto fenólico modelo, o ácido p-hidroxibenzóico, C7H6O3. Numa segunda fase, investigou-se a mineralização de um efluente simulado com base na lavagem da baga de sabugueiro (Sambucus nigra), muito rico em antocianinas, e de um efluente de uma indústria agroalimentar de processamento de baga de sabugueiro. As degradações e mineralizações foram monitorizadas por espetrofotometria UV/Vis, HPLC, CQO e TOC. Foi testado o efeito de diferentes condições experimentais como a concentração dos compostos, o pH do meio e a quantidade relativa do TiO2 P25 em solução, mantendo constantes a potência dos LEDs e a temperatura. Efetuando ensaios comparativos ([TiO2] = 500 mg/L; [RB5] = 25 mg/L; T= 21º C), em descontínuo, a remoção total da cor do corante RB5 é três vezes mais rápido utilizando o segundo sistema de LEDs, com cinéticas semelhantes às obtidas sob irradiação solar (AM 1,5). Relativamente à fotodegradação do C7H6O3, verificou-se que mantendo as condições [TiO2] = 500 mg/L, P= 85 W/m2, T= 21º C e variando a concentração do ácido, se obtêm cinéticas de pseudo-primeira ordem, que ajustadas ao modelo de Langmuir-Hinshelwood resultam em kc= 0,885±0,042 mg/(Lmin) e KLH= 0,217 L/mg. Ao variar a quantidade relativa de TiO2 verificou-se a presença de dois regimes, com as constantes cinéticas a variar proporcionalmente à [TiO2] até 100 mgTiO2/L e a depender linearmente para concentrações superiores. Para o efluente simulado os ensaios de fotocatálise apenas funcionaram para teores de TOC inicial abaixo de 60 mg C/L. Acima deste valor há a necessidade de recorrer a sistemas combinados de foto-Fenton ou foto-Fenton/TiO2 para se obterem mineralizações. Utilizando um sistema combinado foto-Fenton/TiO2, o efluente simulado, com um TOC inicial de 1860 mg C/L, obteve uma mineralização de 37,1% ao fim de 6 horas. O efluente agroindustrial, com um TOC inicial de 435 mg C/L, obteve uma mineralização de 32,4% ao fim de 6 horas. Este novo desenho de reatores fotocatalíticos, baseados em UV-LEDs, permite uma flexibilidade nas condições operacionais, sendo uma alternativa à utilização convencional de lâmpadas UV de vapor de mercúrio. O reator pode operar em processo descontínuo ou em contínuo, com acoplamento em série, paralelo ou sistemas série-paralelo de múltiplos reatores.The agri-food industry originates low biodegradability compounds and conventional treatments, such as activated sludge, are not effective due to the low BOD5/CQO ratio. The Advanced Oxidation Processes, in particular the heterogeneous photocatalysis assisted by semiconductor materials, is an alternative. The TiO2 is the most used catalyst due to its photo-corrosion resistance, high stability, low cost and high catalytic activity. However there is a problem in the separation from the reaction medium and it is only activated by UV light with