Processos de oxidação avançada como etapa de polimento para tratamento de efluente têxtil com integração de sistema de troca iônica

Abstract

Foi investigado neste trabalho processos químicos e eletroquímicos de oxidação avançada (POAs/PEOAs) na etapa de polimento para a remediação de um efluente têxtil, objetivando o descarte no meio ambiente e reúso na indústria têxtil. Foram estudadas duas classes de processos, os que não utilizam reação de Fenton e os que utilizam esta reação. Os seguintes processos, sem reação de Fenton, foram avaliados: fotólise de peróxido de hidrogênio (H2O2) com radiação UVC (H2O2/UVC), oxidação anódica (OA), OA com eletrogeração de H2O2 (OA-H2O2) e OA-H2O2 com radiação UVC (OA-H2O2/UVC). Nesta primeira classe, a influência da concentração de H2O2 no processo de H2O2/UVC e a influência da densidade de corrente no processo de OA-H2O2/UVC foram avaliadas em termos de eficiência de descoloração e mineralização. A capacidade de descoloração (processos sem reação de Fenton) até 25-30 min de reação resultou em: OA > OA-H2O2/UVC H2O2/UVC > OA-H2O2. Para tempos de tratamento acima de 25-30 min, os processos OA-H2O2/UVC e H2O2/UVC proporcionaram maior descoloração que o processo OA. Para os processos que aplicam a reação de Fenton Fenton (F), foto-Fenton com radiação UVA (PF/UVA), eletro-Fenton (EF) e fotoeletro-Fenton com radiação UVA (PEF/UVA) foi avaliada a influência da concentração de ferro e da densidade de corrente no processo PEF/UVA, em termos de eficiência de descoloração e mineralização. A capacidade de descoloração até 30 min resultou em: PEF/UVA > EF > PF F. Para tempos acima de 40 min, a descoloração do PF > F, sendo mais efetivo que o processo EF. Os padrões de descarga de cor alemã foram obtidos após 5-9 min de reação para os processos sem reação de Fenton e na etapa de acidificação dos processos baseados na reação de Fenton. Para a legislação brasileira, o limite foi alcançado após 10 min de reação para o processo OA, 20 min para os processos OA-H2O2/UVC e H2O2/UVC, 35 min para o processo OA- H2O2 e entre 5-10 min para os processos PEF/UVA, EF, PF e F. A mineralização máxima de 39% foi alcançada para os processos sem reação de Fenton e de 52% para os com reação de Fenton, indicando a presença de compostos orgânicos incolores recalcitrantes. Com o objetivo de aplicar o processo de troca iônica para a remoção de ferro presente em um efluente têxtil tratado pelo processo PF solar, foram avaliadas duas algas vermelhas e quatro algas marrons, na forma protonada, como trocadores catiônicos naturais para o ferro. Testes utilizando soluções puras de ferro em pH 2,8 mostraram que a Laminaria hyperborea apresentou a maior afinidade pelo ferro e a maior capacidade de troca iônica. Um estudo cinético de longo tempo de duração mostrou que o processo de troca iônica do ferro envolve a oxidação da matéria orgânica e a redução dos íons férricos a íons ferrosos. Este fato também foi observado no experimento em coluna de leito fixo, o que acarretou na geração de novos sítios de ligação. Estudos em batelada com o efluente tratado pelo processo PF solar mostraram uma queda na capacidade de remoção do ferro em relação aos estudos com solução pura, decorrente, principalmente, da concentração elevada de metais leves presentes no efluente. Para a remoção do ferro em sistema contínuo, foi necessário montar duas colunas de leito fixo em série. A viabilidade da utilização do efluente reciclado têxtil no processamento têxtil foi comprovada para os processos de lavagem, branqueamento e tingimento, levando em consideração a hidrofilicidade, a diferença de cor e o índice de brancura.

Abstract : Chemical and electrochemical advanced oxidation processes (AOPs/EAOPs) were investigated, in this work, as a polishing step for the remediation of a textile wastewater, aiming the discharge into the environment and its reuse in the textile industry. Two classes of processes were studied, which do not use Fenton reaction and those that use this reaction. The following processes, without Fenton reaction, were evaluated: hydrogen peroxide (H2O2) photolysis with UVC radiation (H2O2/UVC), anodic oxidation (AO), AO with electrogenerated H2O2 (AO-H2O2) and AO-H2O2 with UVC radiation (AO- H2O2/UVC). In this first class, the influence of H2O2 concentration on the H2O2/UVC process and the influence of current density on the AO-H2O2/UVC process were evaluated in terms of decolorization and mineralization efficiency. The decolorization ability (processes without Fenton reaction) up to 25-30 min of reaction resulted in: AO > AO- H2O2/UVC H2O2/UVC > AO- H2O2. For treatment times above 25-30 min, the AO- H2O2/UVC and H2O2/UVC processes provided higher decolorization than the AO process. For processes that apply the reaction of Fenton Fenton (F), photo-Fenton with UVA radiation (PF/UVA), electro-Fenton (EF) and photoelectro-Fenton with UVA radiation (PEF/UVA) the influence of iron concentration and current density on the PEF/UVA process was evaluated in terms of decolorization and mineralization efficiency. The decolorizing capacity up to 30 min resulted in: PEF/UVA > EF > PF F. For treatment times over 40 min, the decolorization of PF > F, being more effective than the EF process. The German color discharge standards were achieved after 5-9 min of reaction for the processes without Fenton reaction and in the acidification step of the processes based on the Fenton reaction. For the Brazilian legislation, the limit was reached after 10 min of reaction for the AO process, 20 min for the AO- H2O2/UVC and H2O2/UVC processes, 35 min for the AO-H2O2 process and between 5-10 min for PEF/UVA, EF, PF and F processes. The maximum mineralization of 39% was achieved for the processes without Fenton reaction and 52% for those with Fenton reaction, indicating the presence of recalcitrant noncolored organic compounds. In order to apply the ion exchange process for the removal of iron present in a textile effluent treated by the solar PF process, two red algae and four brown algae, in protonated form, were evaluated as natural cation exchanger for iron. Preliminary tests using pure iron solutions at pH 2.8 showed that Laminaria hyperborea presented the highest affinity for iron and the highest ion exchange capacity. A long-time kinetic study showed that the iron ion exchange process involves the oxidation of organic matter and the reduction of ferric ions to ferrous ions. This fact was also observed in the fixed bed column experiment, which resulted in the generation of new binding sites. Batch studies with the wastewater treated by solar PF process showed a decrease in iron removal capacity in comparison to studies with pure solution, mainly due to the high concentration of light metals present in the wastewater. For the removal of the iron in continuous system, it was necessary to mount two columns of fixed bed in series. The feasibility of using the recycled textile wastewater in textile processing was proved for scouring, bleaching and dyeing processes, taking into account hydrophilicity, color difference and whiteness index.