Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/7035
Title: Tratamento de efluentes vinícolas por processos de oxidação avançados baseados em radicais sulfato
Authors: Silva, Tânia Filipa Gonçalves da
Advisor: Peres, José Alcides Silvestre
Lucas, Marco Paulo Gomes de Sousa
Keywords: Efluentes vinícolas
Processos de oxidação avançados
Radicais sulfato
Monopersulfato de potássio
Sulfato de cobalto
Issue Date: 2015
Abstract: A água é um composto abundante no planeta Terra. A sua utilização pelo Homem tem aplicações desde a agricultura até múltiplas atividades industriais. Os efluentes líquidos necessitam de tratamento adequado antes de serem encaminhados para os recursos naturais. Este trabalho irá centrar-se no estudo de diferentes tipos de tratamentos que poderão ser aplicados a efluentes agroindustriais, em particular os gerados pelas indústrias vinícolas. A produção de vinho representa uma das atividades com maior peso económico na região de Trás-os-Montes e Alto Douro, em particular na Região Demarcada do Douro. Nesta dissertação estudou-se o tratamento de efluentes vinícolas com recurso a processos de natureza química denominados Processos de Oxidação Avançados (POA), em particular os processos baseados em radicais sulfato. A primeira fase deste estudo foi encontrar as condições ótimas de tratamento, ou seja, a otimização de vários parâmetros operacionais: pH, temperatura, concentração de monopersulfato de potássio (PMS), concentração de catalisador e fonte de radiação. A geração de radicais sulfato através de POA realizou-se através de ativação fotolítica (PMS/hʋ), térmica (PMS/Δ) e catalítica (PMS/metal de transição) do monopersulfato de potássio. Para a ativação catalítica foi testada uma gama de sulfatos para se encontrar o composto que melhor ativa o PMS. Em primeiro lugar, as condições ótimas para remoção de Carência Química de Oxigénio (CQO) nos efluentes vinícolas foram conseguidas utilizando uma concentração de CQO em torno de 500 mg O2/L. As condições ótimas determinadas foram: [Oxone] = 2,5 mM, [M2(SO4)n] = 1,0 mM, pH inicial = 6,5 e temperatura de reação = 50ºC. De acordo com estas condições, e após 90 minutos de ensaio, foram alcançados 51%, 42% e 35% de eficiência de remoção de CQO, utilizando Fe (II), Co (II) e Cu (II), respetivamente, em combinação com PMS. A eficiência do tratamento aumenta de forma significativa quando em combinação com radiação UV. A fonte de radiação utilizada tem influência na remoção de CQO, o maior rendimento foi atingido com o sistema de lâmpadas UV-A LED (70 W/m2), seguido pela menor intensidade de radiação com o sistema de lâmpadas UV-A LEDs (23 W/m2) e lâmpada UV (Heraeus TQ 150), obtendo-se 79%, 62% e 54%, respetivamente. Após 90 minutos de tratamento, utilizando as condições ótimas em combinação com radiação UV-A LEDs (70 W/m2), conseguiu atingir-se 79% de remoção de CQO em efluentes vinícolas cuja concentração de CQO inicial rondava 5000 mg O2/L. A uma temperatura de 50 ºC, a melhor eficiência na remoção de CQO obteve-se usando Co (II) como catalisador em combinação com PMS e radiação UV (79%), enquanto à temperatura ambiente, os melhores resultados foram obtidos quando utilizando Fe (II) (65%). Demonstrou-se que a aplicação de reagentes em adições sucessivas é um procedimento mais eficiente comparativamente com uma única adição, atingindo-se 87% e 75%, respetivamente, na presença de radiação UV-A LED, e 85% e 60% na ausência de radiação. Na parte final do trabalho apresenta-se a comparação com processos habitualmente estudados, Fenton e foto-Fenton, resumindo-se os melhores resultados obtidos nos diferentes ensaios realizados. Por último, realiza-se um breve estudo económico para se ter uma perspetiva dos custos operacionais relacionados com os processos avaliados. Em conclusão, pode afirmar-se que o processo de oxidação PMS/Mn+/UV-A LED demonstra uma elevada eficiência na degradação de CQO, podendo ser considerado um processo promissor com aplicabilidade prática no tratamento em larga escala de efluentes vinícolas.
Water is an abundant compound on Earth. Their use by humans has applications from agriculture to multiple industrial activities. The wastewater need adequate treatment before being forwarded to natural resources. This work will focus on the study of different types of treatments that may be applied to agro-industrial effluents, particularly those generated by industries wineries. Wine production is one of the activities with the greatest economic weight in the region of Trás-os-Montes and Alto Douro, particularly in the Douro Demarcated Region. In this work we studied the wineries effluent treatment using chemical nature of processes called Advanced Oxidation Processes (AOP), in particular those processes based on sulfate radicals. The first phase of this study was to find optimal processing conditions, namely the optimization of various operating parameters: pH, temperature, concentration of potassium monopersulfate (PMS), catalyst concentration and radiation source. The generation of sulfate radicals through Advanced Oxidation Process was held by photolytic activation (PMS/hʋ), thermal (PMS/Δ) and catalytic (PMS/transition metal) of potassium monopersulfate. For the catalytic activation was tested a range of sulfates to finding the compound that better activates PMS. Firstly, the optimal conditions for removal of Chemical Oxygen Demand (COD) in the effluent wine were obtained using a COD concentration of around 500 mg O2/L. The optimal conditions were determined as: [Oxone] = 2.5 mM, [M2(SO4)n] = 1.0 mM, initial pH = 6.5 and 50 °C reaction temperature. Under these conditions, after 90 minutes of the test were achieved 51%, 42% and 35% of COD removal efficiency, using Fe (II), Co (II) and Cu (II), respectively, in combination with PMS. The treatment efficiency increases significantly when combined with UV radiation. The radiation source used has an influence on the COD removal, the highest yield was achieved with the system of UV-A LED lamp (70 W/m2). Followed by the lower intensity radiation with the system of UV-A LED lamp (23 W/m2) and UV lamp (Heraeus TQ 150), yielding 79%, 62% and 54%, respectively. After 90 minutes of treatment using the optimal conditions in combination with UV-A radiation LEDs (70 W/m2), has achieved up 79% removal of COD in winery wastewater whose initial COD concentration was around 5 000 mg O2/L. At a temperature of 50 °C, the best efficiency in the removal of COD was obtained using Co (II) as a catalyst in combination with PMS and UV (79%), while at room temperature, the best results were obtained when using Fe (II) (65%). It has been shown that the application of reagents in successive additions is a more efficient procedure as compared to a single addition, reaching 87% and 75%, respectively, in the presence of UV-A LED radiation, and 85% and 60% in the absence radiation. In the final part of the work was presented the comparison with processes commonly studied, Fenton and photo-Fenton, summing up the best results obtained in the different tests. Finally, holds up a brief economic study to have a prospect of operating costs related to the evaluated processes. In conclusion, it can be stated that the oxidation process PMS/Mn+/UV-A LED shows high efficiency in COD degradation and can be considered a promising process with practical applicability in large scale wastewater treatment wineries.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia do Ambiente
URI: http://hdl.handle.net/10348/7035
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:TD - Dissertações de Mestrado

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