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Publication
Industrial wastewater treatment using eco-innovative technologies
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 9.83 MB | Adobe PDF |
Abstract(s)
The aim of this thesis is the development of a circular treatment sequence for (i) poorly biodegradable effluents with low C/N ratio and (ii) biodegradable effluents with high C/N ratio, using explosives wastewater and slaughterhouse wastewater as case studies, respectively. The proposed integrated treatment system comprises an immediate one-step lime precipitation (IOSLM) and atmospheric carbonation (AC), followed by constructed wetlands (CW) or adsorption, to allow reuse or disposal of the treated wastewater and the reuse of the sludge produced by the IOSLM process. High removals of chemical oxygen demand (COD) (92%), oils and fats (98%), organic nitrogen (100%) and NH4+ (63%) from explosives wastewater were achieved under optimized conditions of IOSLM (7.76 g L-1 of hydrated lime) and atmospheric carbonation (10 days and in the presence of sludge). Later, higher removals of nitrates (55%), COD (90%) and NH4+ (75%) were achieved in CW with 25% flooding rate, an external carbon source (ratio C/N of 1.3), nitrate load of 12 g m-2 d-1 and hydraulic load of 83 L m-2 d-1.
A transição do paradigma economia linear para economia circular em sistemas de tratamento de águas residuais industriais está na agenda mundial. A procura de novos processos simples, eco inovativos e de baixo custo para o tratamento de águas residuais industriais, que possam ser também usados por pequenas e médias indústrias, tem sido um desafio constante, para garantir a sustentabilidade ambiental em todos os tipos de indústrias. O objetivo da presente tese é o de desenvolver uma sequência de tratamento integrado e circular para: (i) efluentes pouco biodegradáveis com baixo rácio C/N, utilizando as águas residuais dos explosivos como caso de estudo e (ii) efluentes biodegradáveis com alto rácio C/N, utilizando as águas residuais do matadouro como caso de estudo. O sistema de tratamento integrado proposto é composto pelo processo de precipitação química imediata de etapa única com cal hidratada (IOSLM) com reutilização das lamas produzidas no próprio processo IOSLM (como coagulante ou coagulante adjuvante no tratamento, testado para águas residuais do matadouro) e carbonatação atmosférica (AC), seguida de zonas húmidas construídas (CW) ou adsorção por carvão ativado. O processo IOSLM foi aplicado com o objetivo de remover grande parte da contaminação presente nos efluentes industriais, designadamente, em termos de matéria orgânica, sólidos suspensos totais, óleos e gorduras, e nutrientes (como o azoto orgânico e fósforo), avaliando o efeito da dose/pH de reação. Posteriormente, o processo AC foi utilizado para diminuir o pH do efluente obtido no processo IOSLM, bem como para reduzir a condutividade e as concentrações de cálcio e de azoto amoniacal, através das reações de carbonatação atmosférica. O processo AC foi desenvolvido em sistema aberto ou em sistema fechado. No sistema aberto, foi estudado o efeito do tempo de carbonatação, rácio área/volume, pH de reação e a presença/ausência de precipitado na neutralização do efluente. No sistema fechado, foram desenvolvidos dois modos de carbonatação atmosférica: reator de borbulhamento com agitação (SBC) e reator capilar de fluxo continuo e escalonado (SCFCR, estudando-se o efeito de diferentes variáveis operatórias através da metodologia de superfície de resposta. Foram ainda testados dois processos de afinação, para ambas as águas, após o processo combinado IOSLM + AC, nomeadamente as zonas húmidas construídas e adsorção. Na afinação de águas residuais de explosivos. através da utilização de zonas húmidas construídas plantadas com Vetiveria zizanioides sob escoamento subsuperficial vertical, avaliou-se o efeito da taxa de inundação do leito, da variação do rácio carbono/azoto e da carga de azoto aplicada na remoção de azoto amoniacal e de nitratos. Por outro lado, na afinação de águas residuais de matadouro avaliou-se o efeito da profundidade do leito e da variação da carga orgânica aplicada na remoção da matéria orgânica. O estudo do processo de afinação por adsorção com carvão ativado teve por objetivo principal a remoção da matéria orgânica da água residual do matadouro, utilizando diferentes carvões ativados em pó (PAC) e carvão ativado granular (GAC) e carvões ativados modificados (PACMAG e GACMAG) obtidos pela incorporação de nanopartículas de óxido de ferro em PAC e GAC. O efeito da dosagem de carvão ativado aplicado, do tempo de contacto, e dos métodos de separação do adsorvente da solução (filtração, sedimentação e separação magnética) também foram avaliados.
A transição do paradigma economia linear para economia circular em sistemas de tratamento de águas residuais industriais está na agenda mundial. A procura de novos processos simples, eco inovativos e de baixo custo para o tratamento de águas residuais industriais, que possam ser também usados por pequenas e médias indústrias, tem sido um desafio constante, para garantir a sustentabilidade ambiental em todos os tipos de indústrias. O objetivo da presente tese é o de desenvolver uma sequência de tratamento integrado e circular para: (i) efluentes pouco biodegradáveis com baixo rácio C/N, utilizando as águas residuais dos explosivos como caso de estudo e (ii) efluentes biodegradáveis com alto rácio C/N, utilizando as águas residuais do matadouro como caso de estudo. O sistema de tratamento integrado proposto é composto pelo processo de precipitação química imediata de etapa única com cal hidratada (IOSLM) com reutilização das lamas produzidas no próprio processo IOSLM (como coagulante ou coagulante adjuvante no tratamento, testado para águas residuais do matadouro) e carbonatação atmosférica (AC), seguida de zonas húmidas construídas (CW) ou adsorção por carvão ativado. O processo IOSLM foi aplicado com o objetivo de remover grande parte da contaminação presente nos efluentes industriais, designadamente, em termos de matéria orgânica, sólidos suspensos totais, óleos e gorduras, e nutrientes (como o azoto orgânico e fósforo), avaliando o efeito da dose/pH de reação. Posteriormente, o processo AC foi utilizado para diminuir o pH do efluente obtido no processo IOSLM, bem como para reduzir a condutividade e as concentrações de cálcio e de azoto amoniacal, através das reações de carbonatação atmosférica. O processo AC foi desenvolvido em sistema aberto ou em sistema fechado. No sistema aberto, foi estudado o efeito do tempo de carbonatação, rácio área/volume, pH de reação e a presença/ausência de precipitado na neutralização do efluente. No sistema fechado, foram desenvolvidos dois modos de carbonatação atmosférica: reator de borbulhamento com agitação (SBC) e reator capilar de fluxo continuo e escalonado (SCFCR, estudando-se o efeito de diferentes variáveis operatórias através da metodologia de superfície de resposta. Foram ainda testados dois processos de afinação, para ambas as águas, após o processo combinado IOSLM + AC, nomeadamente as zonas húmidas construídas e adsorção. Na afinação de águas residuais de explosivos. através da utilização de zonas húmidas construídas plantadas com Vetiveria zizanioides sob escoamento subsuperficial vertical, avaliou-se o efeito da taxa de inundação do leito, da variação do rácio carbono/azoto e da carga de azoto aplicada na remoção de azoto amoniacal e de nitratos. Por outro lado, na afinação de águas residuais de matadouro avaliou-se o efeito da profundidade do leito e da variação da carga orgânica aplicada na remoção da matéria orgânica. O estudo do processo de afinação por adsorção com carvão ativado teve por objetivo principal a remoção da matéria orgânica da água residual do matadouro, utilizando diferentes carvões ativados em pó (PAC) e carvão ativado granular (GAC) e carvões ativados modificados (PACMAG e GACMAG) obtidos pela incorporação de nanopartículas de óxido de ferro em PAC e GAC. O efeito da dosagem de carvão ativado aplicado, do tempo de contacto, e dos métodos de separação do adsorvente da solução (filtração, sedimentação e separação magnética) também foram avaliados.
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Keywords
águas residuais dos explosivos água residual do matadouro precipitação química imediata de etapa única com cal hidratada carbonatação atmosférica