Evaluation aftertreatment leached systems by advanced oxidation processes and biological and analytical development for detection and quantification of recalcitrant compounds

This work assessed the feasibility of using biological and advanced oxidation processes (AOP) as post-treatments for old leachate from stabilization ponds in series. Additionally, an analytical methodology for detection and quantification of aromatic compounds, organochlorides, phthalate esters and hormones, was developed. These compounds are considered as recalcitrant and rarely investigated in treated leachates, mainly in wastewater treatment plants located in the state of Ceará. Initially, a physico-chemical characterization and a metal speciation was carried out, from which it was verified that COD and ammonia were above the limits permitted by environmental legislation, and also some metals. In the development of the analytical methodology for detection and quantification by GC/FID, the solid phase extraction using C-18 was the best technique for extraction and pre-concentration of the recalcitrant compounds and the best results in terms of recuperation were achieved for the aromatic compounds and phthalate esters. In the post-treatment experiments using biological reactors, aerated submerged reactor (ASR) and sequential batch reactor (SBR), both were efficient in the leachate nitrification reaching ammonia removal efficiencies above 90%. However, they were not efficient on phosphorus removal. In terms of recalcitrant compounds removal, SBR presented better results when compared with ASR for the aromatic compounds and phthalate esters. The advanced oxidation process UV/H2O2 reached turbidity and COD removal and decolourisation efficiencies above 90% from a reaction time of 120 minutes by using recirculation batch mode. The UV/H2O2 system was efficient in the removal of aromatic compounds and the phthalate esters benzyl butyl phthalate (BBP) and diethyl hexyl phthalate (DEHP), achieving 100% removal. The photo-Fenton process with solar radiation assessed with the leachate from Portugal showed to be an excellent option for the leachate post-treatment when compared to the other systems studied (UV/H2O2 and TiO2/UV). Mineralization of organic compounds has reached approximately 80% reduction of dissolved organic carbon (DOC), beside aromaticity and decolourisation reductions and increasing leachate biodegradability. The optimal iron concentration for the leachate studied was 60 mg L-1 Fe+2, with H2O2 consumption of 310.6 mM and approximately 110 kJ L-1 of accumulated energy. However, it was not efficient in the removal the ester DEHP, one of most important phthalates, which is considered an endocrine disruptor. The UV/H2O2 and TiO2/UV processes using solar energy were slower than the photo-Fenton process and low COD removals were achieved, which indicated low mineralization of the organic compounds present in the leachate.Este trabalho avaliou a viabilidade dos processos biológicos aeróbios e oxidativos avançados (POAs) como pós-tratamento de lixiviados antigos provenientes de lagoas de estabilização em série. Paralelamente, desenvolveu-se uma metodologia analítica para detecção e quantificação de compostos aromáticos, organoclorados, ésteres ftalatos e hormônios, considerados como compostos recalcitrantes e raramente investigados em lixiviados tratados, principalmente nas ETEs localizadas no estado do Ceará. Inicialmente foi realizada uma caracterização físico-química e especiação de metais sendo verificado que DQO e amônia estavam acima dos limites permitidos pelas normas ambientais, bem como alguns metais. No desenvolvimento da metodologia analítica para detecção e quantificação por GC/FID verificou-se que a extração em fase sólida empregando C-18 foi a melhor técnica para extração e pré-concentração dos compostos recalcitrantes e que os melhores resultados de recuperação dos compostos foram obtidos para os compostos aromáticos e ésteres ftalatos. Nos experimentos de pós-tratamento empregando os reatores biológicos, reator aerado submerso (RAS) e reator em batelada seqüencial (RBS), todos foram eficientes na nitrificação do lixiviado com percentuais superiores a 90% de remoção da amônia, contudo, não foram eficazes na remoção de fósforo. Em termos de remoção dos compostos recalcitrantes, o RBS apresentou melhores resultados em relação ao RAS para os compostos aromáticos e ésteres ftalatos. No processo de oxidação avançada UV/H2O2 foi obtida remoções de DQO, turbidez e descoloração da amostra superior a 90%, a partir de 120 minutos de reação, em sistema de batelada com recirculação. O sistema UV/H2O2 foi eficiente na remoção dos compostos aromáticos e, eficaz para os ésteres ftalatos benzil-butilftalato (BBP) e dietil-hexilftalato (DEHP) com 100% de remoção. O processo foto-Fenton com radiação solar estudado com o lixiviado de Portugal apresentou-se como uma excelente opção no pós-tratamento do lixiviado em relação aos outros sistemas estudados (UV/H2O2 e TiO2/UV) devido a mineralização dos compostos orgânicos terem sido de aproximadamente 80% de remoção do carbono orgânico dissolvido (COD), redução da aromaticidade e descoloração, além de aumentar a biodegradabilidade do lixiviado. A concentração ótima de ferro para o lixiviado estudado foi de 60 mg L-1 Fe+2, com consumo de H2O2 de 310, 6 mM e aproximadamente 110 kJ L-1 de energia acumulada., mas não foi eficiente na remoção do éster dietil-hexil ftalato (DEHP), um dos principais ftalatos considerado como interferente endócrino. Os processos UV/H2O2 e TiO2/UV utilizando energia solar não foram favoráveis devido a reação ser mais lenta em comparação com o processo foto-Fenton e terem sido obtidos baixos valores de remoção de COD, indicando baixa mineralização dos compostos orgânicos presentes no lixiviado