Application of the photo-Fenton and electrocoagulation processes at the tannery effluent treatment

A poluiÃÃo ambiental à um dos grandes problemas nos paÃses desenvolvidos e em desenvolvimento. Isto à decorrente de uma sÃrie de fatores, como o despejo de efluentes nÃo tratados em corpos hÃdricos e a ineficiÃncia e/ou a falta de legislaÃÃo ambiental vigente. O objetivo principal deste trabalho à aplicar os processos foto-Fenton com irradiaÃÃo solar e/ou artificial, a tÃcnica da eletrofloculaÃÃo e a integraÃÃo destes processos no tratamento de efluente de curtume. Ambos os processos de tratamento do foto-Fenton e da eletrofloculaÃÃo foram conduzidos em reatores a escala laboratorial. Para a tÃcnica da eletrofloculaÃÃo foi utilizado um par de placas de alumÃnio como eletrodos no reator de eletrofloculaÃÃo. Para avaliar as melhores condiÃÃes de processo do sistema foto-Fenton, foi aplicado um planejamento experimental 33 completo. Para a tÃcnica da eletrofloculaÃÃo manteve-se constante a intensidade de corrente, pH inicial do efluente bruto e distÃncia entre os eletrodos, variando-se o tempo de eletrÃlise de 5 à 120 min. A eficiÃncia de ambos os processos foram avaliadas com base na reduÃÃo de Demanda quÃmica de oxigÃnio (DQO), cor, turbidez, sÃlidos totais (ST), sÃlidos totais fixos (STF), sÃlidos totais volÃteis (STV). Para a tÃcnica da eletrofloculaÃÃo e dos processos integrados tambÃm foram avaliados a reduÃÃo da concentraÃÃo dos metais pesados. Todas as medidas dos parÃmetros fÃsico-quÃmicos foram realizadas aplicando os mÃtodos padrÃes do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater para amostra nÃo tratada e tratada. As concentraÃÃes dos metais pesados foram determinadas usando a tÃcnica de fluorescÃncia de raio X por reflexÃo total, na linha de Luz (D09-XRF) do LaboratÃrio Nacional de Luz Synchrotron. A maior eficiÃncia na reduÃÃo dos poluentes verificada no processo foto-Fenton foi de 98,1, 96,4, 98,8, 71,8, 32,1 e 98,5 para valores da DQO, cor, turbidez, ST, STF e STV, respectivamente, nas condiÃÃes operacionais do reator: concentraÃÃo de ferro de 0,5 gL-1, concentraÃÃo de perÃxido de hidrogÃnio de 30 gL-1, pH inicial 3 e tempo reacional de 120 min. No entanto a tÃcnica da eletrofloculaÃÃo nÃo apresentou boa reduÃÃo nos valores dos parÃmetros fÃsico-quÃmicos. ApÃs a aplicaÃÃo dos processos integrados do foto-Fenton com irradiaÃÃo solar e da eletrofloculaÃÃo em tempo de eletrÃlise de 15 min, foi alcanÃado valores mÃnimos de Cr e DQO no efluente tratado, contendo 0,24 mg Cr L-1 e 107 mg O2 L-1 da DQO. O custo do tratamento do efluente e da disposiÃÃo final do lodo gerado no processo integrado FFs→EF foi de R$ 56,30 m3 do efluente de curtume tratado. Este processo integrado reduziu as concentraÃÃes de cromo, ferro e DQO, a nÃveis permitidos pelas legislaÃÃes ambientais. Baseada na reduÃÃo da matÃria orgÃnica e inorgÃnica, o mÃtodo integrado FFs→EF pode ser recomendado como uma substituiÃÃo eficiente ao mÃtodo individual.Pollution is a currently environmental problem of world concern. There are many events such as the discharging of untreated effluents in watercourses that cause the eutrophization of water bodies and bad water quality, as well as an inefficiency or lack of a current environmental law. The main goal of this dissertation was the application of solar and artificial-based photo-Fenton processes and aluminum electrodes-based electrocoagulation method in non coupled mode and in an integrated mode for the tannery effluent treatment. These effluent treatments were carried out in lab-scale reactors. In order to evaluate the performance of the reactor experimental conditions of photo-Fenton reactor, a 33 complete experimental design was performed. The lab scale EC reactor was operated at the 4 A electrical current, 4 cm electrode distance and 3 initial pH optimized values, according to the previous results obtained in another work, while the electrolysis time was varied from 5 to 120 min. For EC and photo-Fenton reactors, their performance was evaluated on the removal values of chemical oxygem demand (COD), color, turbidity, total solids (TS), total fixed solids (TFS), total volatile solids (TVS) and metal concentration. Measurements of physico-chemical parameters for untreated and treated effluent samples were performed applying the Standard Method for water analysis, while metal concentrations were determined by the Synchrotron radiation total Reflexion X-ray Fluorescence technique at Brazilian Light Synchrotron Laboratory. By an optimized photon-Fenton process at 0.5 g Fe2+ L-1, 30 g H2O2 L-1, 3 initial pH, and 120 min reaction time, tannery effluent was treated achieving a high performance in pollutant removal as reported by 98.1, 96.4, 98.8, 71.8, 32.1 and 98.5 percent removal for COD, color, turbidity, TS, TFS, and TVS, respectively. As a primer treatment stage, electrocoagulation technique was not achieved a well successful result based on the physico-chemical parameter values reduction as compared with photo-Fenton process. However, an integrated solar irradiation-based photo-Fenton and Al electrodes-based electrocoagulation with 15 min electrolysis time has achieved recommended values by the Brazilian environmental law for Cr concentration (0.24 mg Cr L-1) and DQO (107 mg O2 L-1). Considering both the costs of electrical energy and material and the generated sludge discharging, one m3 of tannery effluent should cost R$ 56.30 for a treatment system based on an integrated and optimized photoâFenton and electrocoagulation processes. Finally, the integrated solar-based photo Fenton and electrocoagulation method is suggested as an efficient one, instead to apply a unique process