Degradação sazonal de efluentes têxteis por processo foto-Fenton solar mediado por ferrioxalato: descoloração e comportamento dos sólidos / Seasonal degradation of textile effluents through the solar photo-Fenton process mediated by ferrioxalate: discoloration and behavior of solids

RESUMO Neste trabalho foi avaliado o processo foto-Fenton solar mediado por ferrioxalato como tratamento primário de um efluente têxtil bruto (E1) e como um processo de polimento, após processo de lodos ativados (E2). Por um ano, ao menos uma vez por mês, a eficiência de descoloração e o comportamento dos sólidos foram avaliados sob condições naturais de radiação, temperatura e características dos efluentes. As condições operacionais foram as seguintes: 50 mg L-1 de ferro, pH 5, 525 mg L-1 de H2O2, administrados em dosagens decrescentes. O oxalato foi adicionado na razão molar de 1:3 [Fe+3:(C2O4)-2]. A descoloração máxima de E1 foi de 67% para intensidade de radiação de 690 W m-2; já a de E2 foi de 95% para intensidade de 620 W m-2. Houve considerável aumento na turbidez e nos sólidos suspensos em função da precipitação do ferro e de sua ação coagulante. A degradação do complexante durante o processo no E2 em dias ensolarados provocou elevada sedimentabilidade dos sólidos do efluente final, resultando em um sobrenadante clarificado, o que não ocorreu em dias nublados.

ABSTRACT This work evaluates the solar photo-Fenton process mediated by ferrioxalate as a primary treatment of raw textile effluent (E1) and as a polishing step, after active sludge process (E2). For a year, at least once a month, the color removal's efficiency and solids' behavior in the oxidative process treatment were analyze under natural conditions of light, temperature and effluents characteristics. The operational parameters values were: 50 mg L-1 iron, pH 5, 525 mg L-1 H2O2, introduced in decreasing doses. The oxalate was added at the molar ratio of 1:3 [Fe+3:(C2O4)-2]. The color removal of E1 was 60% for 690 W m-2 of radiation intensity and 95% for 620 W m-2 intensity to E2. Considerable increases were observed in turbidity and suspended solids due to the iron precipitation and the consequent coagulant action. In sunny days, the complex degradation in E2 resulted in high settle ability of solids in the final effluent, resulting in a clear supernatant. This has not happened in cloudy days.

A novel textile wastewater treatment using ligninolytic co-culture and photocatalysis with TiO2 / Un novedoso tratamiento de aguas residuales de la industria textil usando co-cultivos ligninolíticos y fotocatálisis con TiO2 / Um novo tratamento para águas residuais têxtis usando co-cultura ligninolítica e fotocatálise com TiO2

Abstract Textile industries produce effluent wastewater that, if discharged, exerts a negative impact on the environment. Thus, it is necessary to design and implement novel wastewater treatment solutions. A sequential treatment consisting of ligninolytic co-culture with the fungi Pleurotus ostreatus and Phanerochaete crhysosporium (secondary treatment) coupled to TiO2 /UV photocatalysis (tertiary treatment) was evaluated in the laboratory in order to discolor, detoxify, and reuse textile effluent wastewater in subsequent textile dyeing cycles. After 48 h of secondary treatment, up to 80% of the color in the wastewater was removed and its chemical and biochemical oxygen demands (COD, and BOD5) were abated in 92% and 76%, respectively. Laccase and MnP activities were central to color removal and COD and BOD5 abatement, exhibiting activity values of 410 U L-1 and 1 428 U L-1, respectively. Subjecting wastewater samples to 12 h of tertiary treatment led to an 86% color removal and 73% and 86% COD and BOD5 abatement, respectively. The application of a sequential treatment for 18 h improved the effectiveness of the wastewater treatment, resulting in 89% of color removal, along with 81% and 89% COD and BOD5 abatement, respectively. With this sequential treatment a bacterial inactivation of 55% was observed. TiO2 films were reused continuously during two consecutive treatment cycles without thermic reactivation. Removal percentages greater than 50% were attained. Acute toxicity tests performed with untreated wastewater led to a lethality level of 100% at 50% in Hydra attenuata and to a growth inhibition of 54% at 50% in Lactuca sativa. Whereas sequentially treated wastewater excreted a 13% lethality at 6.25% and an inhibition of 12% at 75% for H. attenuata and L. sativa, respectively. Finally, sequentially treated wastewater was reused on dyeing experiments in which 0.86 mg g-1 adsorbed dye per g of fabric, that is equivalent to 80% of dye adsorption.

Resumen Las industrias textiles producen un efluente que, si es descargado, ejerce un impacto negativo en el ambiente. Así, es necesario diseñar e implementar soluciones novedosas para el tratamiento de estos desechos. Con el fin de decolorar, detoxificar y reutilizar aguas residuales producidas en la industria textil en ciclos de tinturado subsecuentes, se evaluó en laboratorio un tratamiento secuencial, consistente en un cultivo ligninolítico con los hongos Pleurotus ostreatus y Phanerochaete crhysosporium (tratamiento secundario) acoplado con fotocatálisis TiO2/UV (tratamiento terciario). Después de 48 horas de tratamiento secundario, se removió hasta un 80% del color del agua residual y las Demandas Química y Bioquímica de Oxígeno (DQO y DBO5) fueron reducidas en 92 y 76% respectivamente. Las actividades Lacasa y MnP (410 U L-1 y 1428 U L-1, respectivamente) fueron centrales en la remoción de color y en la reducción de DQO y DBO5. Someter muestras de agua residual a 12 horas de tratamiento terciario resultó en una remoción de 86% de color, 73% de DQO y 86% de DBO. La aplicación de un tratamiento secuencial por 18 h incrementó su efectividad, lo cual resultó en 89% de remoción de color, además de 81% y 89% de remoción de DQO y DBO5 respectivamente. Con este tratamiento secuencial se observó una inactivación bacteriana del 55%. Las películas de TiO2 se reutilizaron continuamente durante 2 ciclos de tratamiento consecutivos sin reactivación térmica. Se alcanzaron porcentajes de remoción mayores al 50%. Las pruebas de toxicidad aguda llevadas a cabo con agua residual cruda produjeron un nivel de letalidad del 100% a 50% en Hydra attenuata y una inhibición de crecimiento del 54% a 50% en Lactuca sativa. El agua residual tratada secuencialmente produjo una letalidad del 13% a 6.25% y una inhibición del 12% a 75% para H. attenuata y L. sativa, respectivamente. Finalmente, el agua residual tratada secuencialmente fue reutilizada en experimentos de tinturado en los que la cantidad de colorante absorbido fue de 0.86 mg g-1 por g de tela, lo cual es equivalente a 80% de adsorción.

Resumo A indústria têxtil produz águas residuais que causam um impacto negativo ao meio ambiente quando são descartadas. Portanto, é necessário projetar e implementar novas soluções para seu tratamento. Um tratamento sequencial que consiste na co-cultura ligninolítica com os fungos Pleurotus ostreatus e Phanerochaete crhysosporium (tratamento secundário) acoplada à fotocatálise com TiO2/UV foi avaliado no laboratório para descolorir, desintoxicar e reutilizar água residual têxtil em ciclos subsequentes de tintura. Após 48 h de tratamento secundário, aproximadamente 80% da cor foi removida da água residual e sua demanda química e bioquímica de oxigênio (COD, e BOD5) foram diminuídas em 92% e 76%, respectivamente. A atividade de Laccase e MnP foram centrais na remoção da cor e diminuição de COD e BOD5, mostrando valores de atividade de 410 U L-1 e 1428 U L-1, respectivamente. Submeter as amostras de água residual a 12 h de tratamento terciário levou a uma remoção de 86% da cor e uma diminuição de 73% e 86% de COD e BOD5 respectivamente. A aplicação do tratamento sequencial por 18 h melhorou a efetividade do tratamento de águas residuais, resultando em 89% de remoção de cor e uma diminuição de 81% e 89% de COD e BOD5, respectivamente. Com este tratamento sequencial, observamos uma inativação bacteriana de 55%. As películas de TiO2 foram reutilizadas continuamente durante dois tratamentos consecutivos sem reativação térmica. Atingimos porcentagens de remoção acima de 50%. Os testes de toxicidade aguda feitos em água residual sem tratar causaram níveis de letalidades de 100% a 50% em Hydra attenuata e uma inibição do crescimento de 54% a 50% em Lactuca sativa. Enquanto água residual tratada sequencialmente causou uma letalidade de 13% a 6.25% e uma inibição de 12% a 75% para H. attenuata e L. sativa, respectivamente. Finalmente, a água residual tratada sequencialmente foi reutilizada em experimentos de tintura nos quais absorveu 0.86 mg g-1 por g de tecido, o que é equivalente a uma absorção de 80%.

Aplicação de Fenton, foto-Fenton e UV/H2O2 no tratamento de efluente têxtil sintético contendo o corante Preto Biozol UC / Application of Fenton, photo-Fenton and UV/H2O2 in treating synthetic textile wastewater containing the dye Black Biozol UC

Os efluentes têxteis, geralmente, são carregados de corantes não biodegradáveis, o que dificulta o seu tratamento. Dentre as novas alternativas de tratamento estudadas, estão os Processos Oxidativos Avançados (POA). Os mesmos são processos com potencial de produzir radicais hidroxila (•OH), espécies altamente oxidantes, capazes de mineralizar a matéria orgânica. Assim, o objetivo deste trabalho foi estudar a aplicação dos POA (Fenton, foto-Fenton e UV/H2O2) no tratamento de efluente têxtil sintético contendo o corante Preto Biozol UC. Dentre os processos estudados, o mais eficiente foi o foto-Fenton (H2O2 = 1.500 mg.L-1 e Fe2+ = 75 mg.L-1), em pH = 3, que obteve 95,4 por cento e 73,0 por cento para as remoções de cor e demanda química de oxigênio (DQO), respectivamente.

The textile wastewater is usually loaded with non-biodegradable dyes, which hinder its treatment. Advanced Oxidation Processes (AOP) are among new treatment alternatives. They are processes with potential to produce hydroxyl radicals (•OH), highly oxidizing species, capable of mineralizing the organic matter. Thus, the aim of this work was to study the application of the AOP (Fenton, photo-Fenton and UV/H2O2) in the treatment of synthetic textile wastewater containing the Black Biozol UC dye. Among the studied processes, the most efficient was photo-Fenton (H2O2 = 1,500 mg.L-1 and Fe 2+ = 75 mg.L-1), at pH = 3, for color and chemical oxygen demand (COD) removals of 95.4 percent and 73.0 percent, respectively.

Descoloração de efluentes aquosos sintéticos e têxtil contendo corantes índigo e azo via processos Fenton e foto-assistidos (UV e UV/H2O2) / Decolorization of synthetic and laundry wastewater containing indigo and azo dyes by the Fenton, photolytic and UV/H2O2 processes

No presente trabalho, processos de oxidação avançada, Fe2+/H2O2 e UV/H2O2, e de fotólise (UV) foram empregados na descoloração de dois efluentes sintéticos, contendo corantes tipo índigo e azo, e de um efluente de lavanderia industrial. Experimentalmente, soluções em concentração de 20 mg/L dos corantes índigo carmim e vermelho congo, respectivamente 43 µmol/L e 29 µmol/L, e o efluente têxtil (pH = 3) foram submetidos a diferentes condições oxidantes sob temperatura ambiente (27 ºC). As remoções de cor e de DQO foram avaliadas em cada sistema oxidativo estudado. Em geral, os resultados obtidos mostraram que os processos utilizados são muito promissores na descoloração dos efluentes. A descoloração completa das soluções foi alcançada nos processos Fenton e com UV/H2O2. Estudos cinéticos revelam que a taxa de descoloração em meio aquoso segue uma cinética de pseudo-primeira ordem em relação à concentração do corante.

In the present work, advanced oxidation processes, Fe2+/H2O2 and UV/H2O2, and direct photolysis (UV light) have been applied in the decolorization of two synthetic wastewater containing indigo and azo dyes and laundry effluent. Individual aqueous solutions containing 20 mg/L indigo carmine and congo red dyes (43 µmol/L and 29 µmol/L, respectively) and textile laundry wastewater at pH 3 were subjected to different experimental conditions in the oxidation reactions at room temperature (27 ºC). Color and COD removals were evaluated for each oxidation systems. The results showed that the utilized processes are able to successfully decolorize the wastewaters. Complete bleaching was achieved by Fenton and UV/H2O2. Also, kinetics investigations revealed that the decolorization follows pseudo-first order kinetic with respect to the dye concentration.