Indepărtarea materiei organice conținute în apele uzate dintr-un abator folosind o combinație de digestie anaerobă și procesul solar photoelectro-Fenton
0 likes519 views
Studiul evaluează combinarea digestiei anaerobe și procesului solar photoelectro-fenton pentru mineralizarea apei uzate provenite de la un abator din Chile, cu scopul de a reduce poluarea. Tratamentul a dus la o scădere semnificativă a cererii chimice de oxigen (COD) și la producția de metan. Combinarea acestor metode a atins o reducere a COD de peste 95%, rezultând un efluent limpede, fără miros și fără suspensii.
![ABSORBANTA (A) SI EVOLUTIA COD (B) A APELOR
UZATE DIN ABATOR DUPA PROCESUL ANAEROB
Conditii experimentale
0.05 moli L-1 Na2SO4
pH = 3
T= 35 °C
J= 30 mA cm-2
[Fe2+] = 1 nM
→Fotoliza
←EO- H2O2
J= 50 mA cm-2
↓EF
J= 30 mA cm-2
↑EF
J= 50 mA cm-2
⃝SPEF
J= 30 mA cm-2
□SPEF
J= 50 mA cm-2](https://image.slidesharecdn.com/indeprtareamaterieiorganiceconinutenapeleuzateabator-170619082449/85/Indepartarea-materiei-organice-con-inute-in-apele-uzate-dintr-un-abator-folosind-o-combina-ie-de-digestie-anaeroba-i-procesul-solar-photoelectro-Fenton-13-320.jpg)
![EFICIENTA CURENTA ASUPRA DEGRADARII APELOR UZATE DIN
ABATOR VS. TIMPUL DE ELETROLIZA PENTRU TRATAMENTUL CU
0,1 L DE SOLUTIE
Conditii experimentale
0.05 moli L-1 Na2SO4
pH = 3
T= 35 °C
J= 30 mA cm-2
[Fe2+] = 1 nM
←EO- H2O2
J= 50 mA cm-2
↓EF
J= 30 mA cm-2
↑EF
J= 50 mA cm-2
⃝SPEF
J= 30 mA cm-2
□SPEF
J= 50 mA cm-2](https://image.slidesharecdn.com/indeprtareamaterieiorganiceconinutenapeleuzateabator-170619082449/85/Indepartarea-materiei-organice-con-inute-in-apele-uzate-dintr-un-abator-folosind-o-combina-ie-de-digestie-anaeroba-i-procesul-solar-photoelectro-Fenton-15-320.jpg)
![SCADEREA COD CA EFECT AL COMBINATIEI DINTRE
DIGESTIA ANAEROBA SI TRATAMENTE ELETRO-FENTON-
SOLARE CU 30 DE ZILE DE DIGESTIE ANAEROBA URMATA DE
180 DE MINUTE DE TRATAMENT PRIN PROCESUL SPEF
Conditii experimentale
pentru SPEF
•0.05 moli L-1 Na2SO4
•pH = 3
•T= 35 °C
•J= 30 mA cm-2
•[Fe2+] = 1 nM
Evaluarea efectului combinarii
digestiei anaerobe cu procesul
fotoelectro-Fenton solar](https://image.slidesharecdn.com/indeprtareamaterieiorganiceconinutenapeleuzateabator-170619082449/85/Indepartarea-materiei-organice-con-inute-in-apele-uzate-dintr-un-abator-folosind-o-combina-ie-de-digestie-anaeroba-i-procesul-solar-photoelectro-Fenton-16-320.jpg)
Indepărtarea materiei organice conținute în apele uzate dintr-un abator folosind o combinație de digestie anaerobă și procesul solar photoelectro-Fenton
- 1. DESCOMPUNEREA MATERIEI ORGANICE CONȚINUTE ÎN APELE UZATE DINTR-UN ABATOR, FOLOSIND O COMBINAȚIE DE DIGESTIE ANAEROBĂ ȘI PROCESUL SOLAR PHOTOELECTRO-FENTON Jorge Vidala, César Huiliñirb, Ricardo Salazara,* Universitatea din Santiago de Chile, USACH Facultatea de Chimie-biologie Departamentul de chimia materialelor Laboratorul de elecrochimia mediului inconjuator (LEQMA)
- 2. In cadrul acestui studiu mineralizarea materiei organice prezente în apele uzate dintr-un abator de la o companie de carne de porc si vita din Puente Alto, Santiago, Chile a fost realizată printr-o combinație de digestie anaerobă urmată de procedeul solar photoelectro-Fenton (SPEF). Primul pas a fost tratamentul biologic, s-a ajuns la o scadere cu 90% a COD, producând 90 ml de CH4. În plus, efluentul post-biologic a prezentat o coloratie mai scăzută, mai putin miros si o scadere a cantitatii de solide și a turbidității, dar o mai mare conductivitate datorită unei creșteri a concentrației de NH4 + și NO3-. Acesta a fost urmat de diferite procese de oxidare avansată electrochimice (EAOPs): electro- oxidare (EO), electro-Fenton (EF) și SPEF. Cu SPEF, mineralizarea aproape completă a fost realizată cu un randament ridicat. Cu SPEF, rata de mineralizare rapidă se datorează radicalilor hidroxil (dotOH radical), care sunt generati în cea mai mare parte, pe suprafața anodului, prin radiație solară, și cel mai important, prin fotoliza directă a complexelor formate între Fe3 + și unii intermediari organici.
- 3. SITUATIA ACTUALA Productia de carne in Chile a inregistrat o crestere de 9,3% pe an in perioada 1996-2014 Legislatia din Chile impune ca apele uzate sa fie readuse la stare lor initiala si din cauza scaderii resurselor de apa este necesar ca legislatia pentru protectia apelor sa fie imbunatatita. In Chile marea majoritate a statiilor de epurare folosesc tratamentul biologic cu organisme aerobe, cee ce ridica costurile datorita consumului mare de oxigen. Digestia anaeroba a inceput sa fie utilizata in marile statii de epurare avand urmatoarele avantaje: Costuri reduse Se obtine metan (70% CH4 si 30% CO2) Totusi digestia anaeroba nu poate degrada materialul organic rezidual bio-rezistent si din acest motiv este nevoie de noi alternative cum ar fi: Oxidarea cu ozon Cataliza cu dioxid de titan combinat sau nu cu peroxid de hidrogen Reactia Fenton
- 5. METODA ELECTRO FENTON (EF) Metoda eletro Fenton (EF) se bazeaza pe capacitatea de generare continua de electroni a peroxidului de hidrogen din oxigen, in prezenta unui catod pe baza da carbon O2 + 2H- + 2e- ----> H2O2 Adaugarea unei mici cantitiati de Fe2+ creste puterea de oxidare a H2O2 prin producerea de radicali OH- in situ Necesita un pH acid (2-3)
- 6. REACTIA FENTON Fe2+ + H2O2 ----> Fe3+ + .OH + OH- Fe3+ + H2O2 ----> Fe2+ + .OOH + H+ Fe3+ + e- ----> Fe2+ Apa uzata +Fe2+ + H2O2 Oxidare Neutralizare Floculare
- 7. REACTIA SPEF (SOLAR PHOTO ELECTRO FENTON) Metoda curata, rapida, regenerabila si ieftina Utilizeaza radiatia UV solara Mai eficienta decat EF O rata mare a regenerarii Fe2+ si a productiei de radicali *OH din fotoreductia Fe(OH)2+ prin reactia Fe(OH)2+ + hν ----> Fe2+ + • OH Fotodecarboxilarea complexelor de Fe cu acizi carboxilici si a intermediarilor generati de radicalul hidroxil din poluantii organici prin reactia Fe(OOCR) 2+ + hν ----> Fe2+ + CO2 + *R •
- 8. Combinarea SPEF cu electro-oxidarea(EO) creste eficienta procesului de decontaminare a apei pentru ca contaminantii organici pot sa treaca in mod simultan prin 2 procese oxidative Oxidarea prin *OH formati in solutie conform reactiei Fenton Oxidarea produsa de OH generati pe suprafata anodului In procesele bazate pe EF natura chimica a anodului este un element cheie pentru cresterea eficientei. Diamantul cu dop de bor (BDD) a fost utilizat datorita interactiunii slabe cu *OH
- 9. REZULTATE Caracterizarea apelor uzate din abator Tratamentul biologic cu organisme anaerobe Tratamentul eletrochimic Evaluarea efectului combinarii digestiei anaerobe cu procesul fotoelectro-Fenton solar
- 10. CARACTERIZAREA APELOR UZATE DIN ABATOR Culoare rosu-inchis, absorbanta crescuta in banda 418 nm Miros neplacut, de fecale in putrefactie, dat de amoniac, compusi pe baza de sulf, amine, acizi grasi volatili, scatol, indol, fenoli, mercaptani, alcooli si carbonili pH = 7.8, optim pentru formarea coagulantului Fe(OH)3 din NaOH si FeCl3 astfel incat sa fie indepartata o cantitate mare de materie organica Spectre UV-Vis ale probelor initiale si fimale de ape uzate industriale din abator
- 11. TRATAMENTUL BIOLOGIC CU ORGANISME ANAEROBE S-a urmarit evolutia COD (Chemical Oxygen Demand) In primele 6 zile COD a crescut din cauza hidrolizei si a lichefierii A crescut si concentratia de amoniac In zilele 6-15 COD a scazut dramatic, tipic pentru tratamentul anaerob Dupa 15 zile rata de scadere a COD s-a diminuat din cauza ca cantitate de COD biodegradabil a fost mult mai mica Dupa 22 zile scaderea COD s- a oprit Dupa 30 zile COD = 137mg/L, peste valorile maxim admise de legislatia de mediu din Chile Evolutia COD in timpul biodigestiei anaerobe a 400 ml suspensie de vita in apa timp de 30 de zile la 35 ͦ C
- 12. VOLUMUL SPECIFIC AL METANULUI, NORMALIZAT SI EXPRIMAT CA GAZ USCAT TIMP DE 30 DE ZILE DE DIGESTIE ANAEROBA LA 35 ͦ C
- 13. ABSORBANTA (A) SI EVOLUTIA COD (B) A APELOR UZATE DIN ABATOR DUPA PROCESUL ANAEROB Conditii experimentale 0.05 moli L-1 Na2SO4 pH = 3 T= 35 °C J= 30 mA cm-2 [Fe2+] = 1 nM →Fotoliza ←EO- H2O2 J= 50 mA cm-2 ↓EF J= 30 mA cm-2 ↑EF J= 50 mA cm-2 ⃝SPEF J= 30 mA cm-2 □SPEF J= 50 mA cm-2
- 14. TRATAMENTUL ELETROCHIMIC Tratamente aplicate dupa procesul anaerob Fotoliza Eletro-oxidarea in prezenta de H2O2 EF SPEF OH- se formeaza pe suprafata anodului si in masa si reactioneaza cu compusii organici, ducand la mineralizarea acestora → CO2, apa si substante anorganice
- 15. EFICIENTA CURENTA ASUPRA DEGRADARII APELOR UZATE DIN ABATOR VS. TIMPUL DE ELETROLIZA PENTRU TRATAMENTUL CU 0,1 L DE SOLUTIE Conditii experimentale 0.05 moli L-1 Na2SO4 pH = 3 T= 35 °C J= 30 mA cm-2 [Fe2+] = 1 nM ←EO- H2O2 J= 50 mA cm-2 ↓EF J= 30 mA cm-2 ↑EF J= 50 mA cm-2 ⃝SPEF J= 30 mA cm-2 □SPEF J= 50 mA cm-2
- 16. SCADEREA COD CA EFECT AL COMBINATIEI DINTRE DIGESTIA ANAEROBA SI TRATAMENTE ELETRO-FENTON- SOLARE CU 30 DE ZILE DE DIGESTIE ANAEROBA URMATA DE 180 DE MINUTE DE TRATAMENT PRIN PROCESUL SPEF Conditii experimentale pentru SPEF •0.05 moli L-1 Na2SO4 •pH = 3 •T= 35 °C •J= 30 mA cm-2 •[Fe2+] = 1 nM Evaluarea efectului combinarii digestiei anaerobe cu procesul fotoelectro-Fenton solar
- 17. CONCLUZII Apele uzate au fost tratate prin Digestie anaeroba Proces oxidativ electrochimic avansat Tratamentele de mai sus combinate Capacitatea oxidativa relativa a EAOP a crescut in ordinea EO- H2O2 < EF < SPEF reducerea COD 63% 79% >95%, respectiv, dupa 180 minute de reactie. In procesul SPEF radicalii OH- au fost generati in masa Radiatia solara a indus o productie suplimentara de OH- Fotoliza directa ===========> cea mai rapida reactie Combinarea proceselor ====> efluent limpezit total, fara miros si fara suspensii cu o reducere a COD de 97%, comparativ cu procesele separate ======> o acumulare a unui volum de 90 mL de CH4
- 18. Acest material a fost redactat de catre Corina Chirila si Georgiana Sevastre de la Facultatea de biotehnologii din cadrul USAMVB, master Biotehnologii in Protectia Mediului, an 2, avand un scop pur didactic.