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Title: Tratamento de efluentes vinícolas por coagulação-floculação-decantação e processos de oxidação avançados
Authors: Cunha, André Micael Silva
Advisor: Peres, José Alcides Silvestre
Lucas, Marco Paulo Gomes de Sousa
Keywords: Efluente vinícola
Coagulação-floculação-decantação
Issue Date: 2-Jun-2021
Abstract: O consumo de vinho tem aumentado gradualmente ao longo dos últimos anos em Portugal e no resto do mundo, o que tem conduzido os centros de vinificação a incrementarem a produção de vinho. Este aumento de produção inevitavelmente traduzse num aumento da geração de efluentes vinícolas, que apresentam características que os tornam problemáticos para o meio ambiente (designadamente valores elevados de carga orgânica, de polifenóis totais e de sólidos suspensos). Com o objetivo principal de contribuir para o tratamento de efluentes vinícolas, foram estudadas neste trabalho duas estratégias envolvendo processos químicos. A primeira baseou-se na combinação de um processo de coagulação-floculação-decantação (CFD) e a aplicação de ozono (O3). A segunda consistiu na combinação de adsorção química com um processo de ativação de radicais sulfato por calor. A dissertação teve assim como objetivos mais específicos (1) testar a eficiência de coagulantes enológicos no processo de CFD, (2) otimizar o processo de ozonização, com adição de um catalisador metálico e radiação UV, (3) testar a bentonite sódica ativada no processo de adsorção, (4) otimizar o processo de radicais sulfato com recurso a elevadas temperaturas e adição de percarbonato de sódio (SPC), (5) reutilizar o efluente vinícola em rega, aplicando os princípios da Economia Circular. Utilizando a aplicação do sistema estatístico Simplex Lattice Design (SLD), foi possível otimizar o processo de CFD, com uma elevada redução de turbidez, sólidos suspensos totais (SST), polifenóis totais, carbono orgânico total (COT) e carência química de oxigénio (CQO), em valores de 98,3, 97,6, 87,8, 44,6 e 48,0%, respetivamente. A combinação dos processos CFD → O3 permitiu igualmente uma elevada redução de COT, CQO, CBO5, turbidez, SST e polifenóis totais (56,2, 60,7, 42,5, 99,1, 96,9 e 99,3%, respetivamente). Também foi observado que a combinação destes dois tratamentos, teve um menor impacto em plantas mais sensíveis (índice de germinação (IG) > 80%), o que permitiu que esta água pudesse ser reciclada. A aplicação do processo de adsorção com aplicação de bentonite traduziu-se numa elevada remoção de COT e CQO (52,6 e 58,7%, respetivamente), com baixo custo operacional (0,22 €/m3 ). A oxidação termocatalítica promovida por radicais sulfato e SPC garantiu uma elevada remoção de COT e CQO (37,2 e 44,3%) com um baixo custo (0,68 €/m3 ) com o rácio S2O8 2- /H2O2 1:0,25 (m/m), dosagem S2O8 2- /H2O2 0,1:0,025 (m/m), pH 7, temperatura 70ºC e agitação 350 rpm/120 min. A combinação dos processos adsorção/oxidação termocatalítica teve uma remoção de cor quase completa com L* = 95.51%, a* = 1.02 e b* = 8.34. Também foi observado que estes tratamentos tiveram um baixo efeito fitotóxico, devido ao elevado índice de germinação em 4 variedades de sementes (GI ≥ 80%). Pode assim concluir-se que a aplicação dos dois sistemas de tratamento estudados, CFD/O3 e adsorção/radicais sulfato no tratamento de efluentes vinícolas permitem a recuperação dos efluentes para irrigação, promovendo o sistema de economia circular.
Wine consumption has gradually increased over the last few years in Portugal and in the rest of the world, which has led winemaking centers to increase wine production. This increase in production inevitably translates into an increase in the generation of winery wastewaters, which have characteristics that make them problematic for the environment (namely high values of organic load, total polyphenols and suspended solids). With the main objective of contributing to the treatment of winery wastewaters, two chemical processes were studied in this work. The first was based on the combination of a coagulation-flocculation-decantation process (CFD) and the application of ozone (O3). The second consisted in combining chemical adsorption with a process of sulfate radicals activation by heat. The dissertation had as more specific objectives (1) to test the efficiency of oenological coagulants in the coagulation-flocculation-decantation process, (2) to optimize the ozonation process, with the addition of a metallic catalyst and UV radiation, (3) to test the activated sodium bentonite in the adsorption process, (4) optimize the sulphate radical process using high temperatures and the addition of SPC, (5) reuse the winery wastewater in irrigation, with application of the principles of Circular Economy. Using the Simplex Lattice Design (SLD) statistical system, it was possible to optimize the CFD process, with a high reduction of turbidity, total suspended solids (SST), total polyphenols, total organic carbon (TOC) and chemical oxygen demand (COD), in values of 98.3, 97.6, 87.8, 44.6 and 48.0%, respectively. The combination of CFD → O3 processes also allowed a high reduction in TOC, COD, BOD5, turbidity, SST and total polyphenols (56.2, 60.7, 42.5, 99.1, 96.9 and 99.3%, respectively). It was also observed that the combination of these two treatments, had a lower impact on more sensitive plants (GI> 80%), which allowed this water to be recycled. The application of the adsorption process with the application of bentonite resulted in a high removal of TOC and COD (52.6 and 58.7%, respectively), with low operating cost (0.22 €/m3). The thermocatalytic oxidation promoted by sulphate and SPC radicals ensured a high removal of TOC and COD (37.2 and 44.3%) with a low cost (0.68 €/m3) with the ratio S2O8 2- /H2O2 1: 0.25 (w/w), dosage S2O8 2- /H2O2 0.1: 0.025 (w/w), pH 7, temperature 70ºC and stirring 350 rpm / 120 min. The combination of the thermocatalytic adsorption/ oxidation processes had an almost complete color removal with L* = 95.51%, a* = 1.02 and b* = 8.34. It was also observed that these treatments had a low phytotoxic effect, due to the high germination index in 4 varieties of seeds (GI ≥ 80%). Thus, it can be concluded that the application of the two treatment systems, CFD/O3 and adsorption/sulfate radicals in the treatment of winery wastewater, allows the recovery of wastewater for irrigation, promoting the circular economy system.
Description: Dissertação apresentada à Escola de Ciências Agrárias e Veterinárias da Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, como parte dos requisitos para a obtenção de grau de Mestre em Engenharia Agronómica
URI: http://hdl.handle.net/10348/10523
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:DAGRO - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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