Otimização do processo UV/H2O2 aplicado ao tratamento de lixiviado de aterro sanitário pré-tratado biologicamente

Abstract

A complexidade da composição do lixiviado de aterro sanitário, a rápida redução de sua biodegradabilidade, a dificuldade de remoção de poluentes refratários e os problemas relativos à sua toxicidade impõem a necessidade de métodos de tratamentos combinados que confiram ao efluente final características de qualidade que atendam aos padrões de lançamento em corpos d?água estabelecidos pela legislação. Este estudo objetivou otimizar o processo oxidativo avançado (POA) UV/H2O2 aplicado ao tratamento de lixiviado de aterro sanitário pré-tratado biologicamente em lagoas de estabilização e em sistema de lodos ativados, encontrando condições operacionais que fornecessem o melhor valor de comprometimento na remoção conjunta de cor e matéria orgânica recalcitrante desejável, e que viabilizassem a redução da toxicidade aguda. Para tanto, foi aplicada a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) integrada ao Planejamento Box-Behnken (PBB) e a função desirability de Derringer, além de modelos de regressão cinética, para a otimização estatística do processo UV/H2O2. O POA UV/H2O2 aplicado em lixiviado de aterro sanitário pré-tratado biologicamente em sistema de lagoas anaeróbias (LA) conferiu a maior eficiência de remoção de cor e DQO recalcitrante, simultaneamente, com valor de desejabilidade igual a 0,984, nas seguintes condições operacionais: pH igual a 2,6; Fator ([H2O2]/DQO) correspondente a 1,35; e Potência da lâmpada UV de 400 W. Quando aplicado em lixiviado de aterro sanitário pré-tratado biologicamente em sistema sequencial de lagoas anaeróbias e lodos ativados, o POA UV/H2O2 conferiu a maior eficiência de remoção de cor, DQO recalcitrante e turbidez, associada ao menor consumo de peróxido de hidrogênio, simultaneamente, com valor de desejabilidade máximo (1,000), nas seguintes condições operacionais: pH igual a 2,1; Fator ([H2O2]/DQO) correspondente a 0,8; e Potência da lâmpada UV de 400 W. Reagindo por 26 minutos com o efluente das lagoas anaeróbias e por 22 minutos com o efluente do sistema de lodos ativados, o POA UV/H2O2 atingiu valores de cor, turbidez, DBO e fósforo seguramente inferiores ao estabelecido pela legislação brasileira e do Estado de Santa Catarina para os corpos d?água receptores de classe 2. Em ambas as aplicações, o POA UV/H2O2 reduziu a toxicidade aguda do lixiviado, cujos efluentes atingiram o Fator de Diluição igual a 8, e, portanto, estão dentro do limite estabelecido na legislação para fins de lançamento no corpo d?água receptor. Por fim, o Planejamento Box-Behnken (PBB), a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) e a função desirability de Derringer integradas demonstraram ser ferramentas robustas e eficazes para a otimização estatística do processo oxidativo avançado UV/H2O2 aplicado em lixiviado de aterro sanitário pré-tratado biologicamente.

Abstract: The complexity of the composition of landfill leachate, the rapid reduction of its biodegradability, the difficulty of removing refractory pollutants and the problems related to its toxicity require the need for combined treatment methods that give the final effluent quality characteristics that meet the standards laid down by legislation. The aim of this study was to statistically optimize the UV/H2O2 advanced oxidative process (AOP) applied to the treatment of biologically pretreated landfill leachate in stabilization ponds and activated sludge system, finding operational conditions that would provide the best compromise in removal color and desirable recalcitrant organic matter, and which would enable the reduction of acute toxicity. To that end, the Response Surface Methodology (RSM) integrated to the Box-Behnken Planning (BBP) and Derringer's desirability function, as well as kinetic regression models, were applied to the statistical optimization of the UV/H2O2 process. The UV/H2O2 POA applied in biologically pretreated landfill leachate in the anaerobic lagoon system (LA) conferred the highest color removal efficiency and recalcitrant COD, simultaneously, with a desirability value of 0.984, under the following operating conditions: pH = 2.6; Factor ([H2O2] / COD) corresponding to 1.35; and UV lamp wattage of 400 W. When applied in biologically pre-treated landfill leachate in a sequential system of anaerobic ponds and activated sludge, UV/H2O2 POA conferred the highest color removal efficiency, recalcitrant COD and turbidity, associated to the lowest consumption of hydrogen peroxide, simultaneously, with a maximum desirability value (1,000), under the following operating conditions: pH equal to 2.1; Factor ([H2O2]/COD) corresponding to 0.8; and UV lamp power of 400 W. Reacting for 26 minutes with effluent from anaerobic lagoons and for 22 minutes with the effluent from the activated sludge system, UV/H2O2 POA surely reached lower values of color, turbidity, BOD and phosphorus than the ones established by Brazilian and State of Santa Catarina legislation for class 2 water bodies. In both applications, the UV/H2O2 POA reduced the acute toxicity of the leachate, whose effluents reached the Dilution Factor equal to 8, and, therefore, are within the limit established in the legislation for release purposes in the receiving water body. Finally, the Box-Behnken Planning (BBP), the Response Surface Methodology (RSM) and the integrated Derringer desirability function proved to be robust and efficient tools for the statistical optimization of the UV/H2O2 advanced oxidative process applied in landfill leachate biologically pre-treated.