Otimização multivariada do processo foto-Fenton solar na remoção da demanda química de oxigênio em lixiviados de aterros sanitários / Multivariate optimization of solar photo-Fenton process for chemical oxygen demand removal in landfill leachate treatment

RESUMO A presente pesquisa objetivou otimizar o processo foto-Fenton solar no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. O Delineamento Composto Central Rotacional associado à Metodologia de Superfície de Resposta foi aplicado para investigar três variáveis operacionais: razão de reagentes [H2O2]/[FeSO4.7H2O], fator de H2O2 e pH inicial, a fim de maximizar a remoção de matéria orgânica, em termos da demanda química de oxigênio (DQO). De acordo com os resultados, obteve-se elevada redução da DQO em 3 horas de fotocatálise solar (70,97 a 84,74%). Com base na análise de variância (ANOVA), a variável reposta pode ser descrita por um modelo quadrático, com elevado coeficiente de explicação, R2=0,9894. A análise das superfícies de resposta indicou que as condições ótimas foram: faixa de pH inicial entre 2,5 e 3,5; com pico em 2,79; e razões de reagentes [H2O2]/[FeSO4.7H2O] a partir de 6 até o nível máximo estudado (7,36). Calculou-se a concentração de peróxido de hidrogênio com base no fator de H2O2, atingindo o ponto crítico em 143,77% da quantidade estequiométrica de H2O2 necessária para a oxidação completa da matéria orgânica, isto é, 11.751,05 mg H2O2.L-1 para estabilizar uma DQO de 3.845,55 mg O2.L-1.

ABSTRACT This research aimed to optimize the solar photo-Fenton process in landfill leachate treatment. Central Composite Rotatable Design associated with the Response Surface Methodology was applied to investigate three operational factors: reagents ratio [H2O2]/[FeSO4.7H2O], H2O2 factor and initial pH, in order to maximize the organic matter removal, in terms of chemical oxygen demand (COD). According to the results, high COD reduction was obtained in three hours of solar photocatalysis (70.97 to 84.74%). Based on the analysis of variance (ANOVA), the response variable can be described by a quadratic model, with a high coefficient of determination, R2=0.9894. The analysis of response surfaces indicated that the optimum conditions were: initial pH range between 2.5 and 3.5, with a peak at 2.79, and reagents ratio range from 6 to the maximum level studied (7.36). Hydrogen peroxide concentration was calculated from the H2O2 factor, reaching the critical point at 143.77% of the stoichiometric amount of H2O2 needed for the complete oxidation of organic matter, that is, 11,751.05 mg H2O2.L-1 to stabilize a COD of 3,845.55 mg O2.L-1.

Avaliação de processos fotoeletroquímicos no tratamento de líquidos lixiviados de aterros sanitários / Evaluation of photoeletrochemical processes on the treatment of landfill leachates

Neste trabalho, a potencialidade de processos fotoeletroquímicos frente ao tratamento de líquidos lixiviados de aterro sanitário foi avaliada. Em primeiro lugar, foi observado que a forte coloração e elevada carga orgânica apresentada pela matriz dificultam significativamente a ocorrência de processos fotoquímicos. Neste caso, a capacidade degradativa do sistema é devida fundamentalmente à componente eletroquímica, provavelmente processos indiretos viabilizados pela geração de elevadas quantidades de hipoclorito. Em geral, a aplicação de processos de precipitação preliminares permite uma redução da cor e da carga orgânica, o que viabiliza o tratamento fotoeletroquímico posterior. Quando substâncias húmicas são previamente eliminadas por precipitação em meio ácido, o tratamento fotoeletroquímico posterior permite descolorações superiores a 95% e remoções de DQO da ordem de 70%, em tempos de reação de 300 min. Trata-se de um resultado bastante promissor, levando-se em consideração a elevada resistência da matriz em questão.

In this work the potentiality of photoelectrochemical processes toward the treatment of landfill leachates was evaluated. Firstly, was observed that the dark coloration and high organic content of the samples hinder in a significant way the occurrence of photochemical processes. At these conditions, the degrading capacity of the system is a function of the electrochemical process, provably indirect mechanisms mediating by the observed high amount of hipochlorite. Generally, the application of a preliminary precipitation processes induces significant reduction on the color and organic content, fact that improves the further photoelectrochemical treatment. When humic substances are previously eliminated by acid precipitation the further photoelectrochemical treatment permit almost total elimination of the color and COD removal of about 70 percent at reaction time of 300 min. That is a very promissory result, mainly taking into account the high recalcitrant character of the landfill leachates.