Degradação do corante alimentício Ponceau 4R e tratamento de efluente de uma indústria de alimentos utilizando processos oxidativos avançados

Abstract

Resumo: Nesta pesquisa os sistemas Fenton, foto-Fenton, fotocatálise heterogênea e ozonização foram avaliados quanto à habilidade de degradar um corante azo, em solução aquosa do Ponceau 4R (denominado efluente sintético) e um efluente de indústria de balas (denominado efluente bruto). Foram definidos níveis mínimos, máximos e intermediários de doses de peróxido de hidrogênio e ferro para o processo Fenton e foto-Fenton, e massa de dióxido de titânio e pH para o processo de fotocatálise por meio de um planejamento fatorial. A eficiência dos processos foi avaliada em termos de redução de cor e remoção de matéria orgânica, como Carbono Orgânico Total (COT), para o efluente sintético, e remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO) para o efluente bruto. Os resultados indicaram que a degradação obtida pelos processos estudados atingiu altos níveis de remoção de cor e de COT para o efluente sintético. Utilizando as condições experimentais ótimas, a remoção de cor ocorreu na seguinte ordem: O3 > H2O2/Fe2+ > UV/TiO2 > UV/H2O2/Fe2+, e de COT na seguinte ordem: UV/H2O2/Fe2+ > UV/TiO2 > H2O2/Fe2+ > O3. Dentre os quatro tratamentos todos atingiram um percentual de descoloração superior à 98 %. Quanto à mineralização do corante os processos Fenton, fotocatálise e foto-Fenton atingiram eficiência superior à 97 %, enquanto que na ozonização esta atingiu 60 %. Visto que o efluente bruto não passou por prétratamento físico antes dos ensaios, os resultados obtidos pelos quatro tratamentos não foram satisfatórios quanto à redução de DQO. Utilizando as condições de trabalho ótimas (pH inicial 3, concentração de peróxido de hidrogênio 1500 mg L-1 adicionado em três etapas, dose inicial de ferro 50 mg L-1), 46,26 % da DQO inicial foi removida pelo processo foto-Fenton. Para o tratamento Fenton a eficiência na remoção de DQO foi praticamente a mesma da obtida pelo tratamento foto-Fenton, 41,52 %, utilizando pH inicial 3, concentração de peróxido de hidrogênio 1000 mg L-1 adicionado em duas etapas, dose inicial de ferro 50 mg L-1. Nos processos de fotocatálise e ozonização não houve oxidação da matéria orgânica nas condições de trabalho estudadas.

Abstract: In this research, Fenton, photo-Fenton, heterogeneous photocatalysis and ozonation systems were evaluated for their ability to degrade an azo dye in an aqueous solution of Ponceau 4R (synthetic effluent) and a candy factory wastewater (raw effluent). Minimum, maximum and intermediate levels of hydrogen peroxide and iron doses for Fenton and photo-Fenton processes, and titanium dioxide mass and pH for photocatalysis process were established and a factorial planning were conduced. Efficiency was evaluated in terms of color reduction and organic matter removal, as TOC for synthetic effluent, and Chemical Oxygen Demand (COD) removal for raw effluent. The conclusions drawn from the experiments performed with synthetic effluent shown that the dye degradation through the processes tested achieved higher levels of color and Total Organic Carbon (TOC) removal. Under optimal experimental conditions, removal ratios of color and TOC were O3 > H2O2/Fe2+ > UV/TiO2 > UV/H2O2/Fe2+, and TOC were UV/H2O2/Fe2+ > UV/TiO2 > H2O2/Fe2+ > O3. In the four treatments a high discoloration was achieved and was superior to 98 %. The dye mineralization for Fenton, photocatalysis and photo-Fenton were higher than 97 %, while 60 % was obtained using ozonization. The raw effluent studied without previous physical treatment resulted in low reduction of COD. Under the most favorable photo-Fenton conditions (initial pH 3, peroxide dose 1500 mg L-1 in three dosing steps, and initial iron dose 50 mg L-1), 46,26 % of the initial COD was removed. For the Fenton treatment COD removal efficiency was almost the same as for photo-Fenton treatment using initial pH 3, peroxide dose 1000 mg L-1 in two dosing steps, and initial iron dose 50 mg L-1. For photocatalysis and ozonation the organic matter remained unaltered under studied conditions.