922 resultados para Advanced Oxidation Processes


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This study investigated the application of an advanced oxidation process combining hydrogen peroxide with ultraviolet radiation (H2O2/UV) to remove recalcitrant compounds from Kraft bleaching effluent. Anaerobic pre-treatment was performed to remove easily degraded organics using a horizontal-flow anaerobic immobilized biomass (HAIB) reactor. Bleaching plant effluent was treated in the HAIB reactor processed over 19 h of hydraulic retention time (HRT), reaching the expected removal efficiencies for COD (61 +/- 3%), TOC (69 +/- 9%), BOD5 (90 +/- 5%) and AOX (55 +/- 14%). However, the anaerobic treatment did not achieve acceptable removal of UV254 compounds. Furthermore, there was an increase of lignin, measured as total phenols. The H2O2/UV post-treatment provided a wide range of removal efficiencies depending on the dosage of hydrogen peroxide and UV irradiation: COD ranged from 0 to 11%, UV254 from 16 to 35%, lignin from 0 to 29% and AOX from 23 to 54%. All peroxide dosages applied in this work promoted an increase in the BOD5/COD ratio of the wastewater. The experiments demonstrate the technical feasibility of using H2O2/UV for post-treatment of bleaching effluents submitted to anaerobic pre-treatment.

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Abstract Background The use of lignocellulosic constituents in biotechnological processes requires a selective separation of the main fractions (cellulose, hemicellulose and lignin). During diluted acid hydrolysis for hemicellulose extraction, several toxic compounds are formed by the degradation of sugars and lignin, which have ability to inhibit microbial metabolism. Thus, the use of a detoxification step represents an important aspect to be considered for the improvement of fermentation processes from hydrolysates. In this paper, we evaluated the application of Advanced Oxidative Processes (AOPs) for the detoxification of rice straw hemicellulosic hydrolysate with the goal of improving ethanol bioproduction by Pichia stipitis yeast. Aiming to reduce the toxicity of the hemicellulosic hydrolysate, different treatment conditions were analyzed. The treatments were carried out according to a Taguchi L16 orthogonal array to evaluate the influence of Fe+2, H2O2, UV, O3 and pH on the concentration of aromatic compounds and the fermentative process. Results The results showed that the AOPs were able to remove aromatic compounds (furan and phenolic compounds derived from lignin) without affecting the sugar concentration in the hydrolysate. Ozonation in alkaline medium (pH 8) in the presence of H2O2 (treatment A3) or UV radiation (treatment A5) were the most effective for hydrolysate detoxification and had a positive effect on increasing the yeast fermentability of rice straw hemicellulose hydrolysate. Under these conditions, the higher removal of total phenols (above 40%), low molecular weight phenolic compounds (above 95%) and furans (above 52%) were observed. In addition, the ethanol volumetric productivity by P. stipitis was increased in approximately twice in relation the untreated hydrolysate. Conclusion These results demonstrate that AOPs are a promising methods to reduce toxicity and improve the fermentability of lignocellulosic hydrolysates.

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Hybrid magnetic graphitic nanocomposites (MGNC) prepared by inclusion of magnetite nanoparticles (obtained by coprecipitation) into an organic-organic self-assembly system, followed by calcination, revealed high activity for the catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) of 4-nitrophenol solutions (5 g L-l), with pollutant removais up to 1245 mg g-' h-l being obtained when considering the mass ratio [pollutant]/[catalyst] =10. The stability of the MGNC catalyst against metal leaching was ascribed to the confinement effect of the carbon based material. These observations, together with the magnetically recoverable characteristics of MGNC, open new prospects for the wide use of this catalyst in highly efficient CWPO applications.

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The diffraction pattern of Fe3O4 (not shown) confirmed the presence of only one phase, corresponding to magnetite with a lattice parameter a = 8.357 Å and a crystallite size of 16.6 ± 0.2 nm. The diffraction pattern of MGNC (not shown) confirmed the presence of a graphitic phase, in addition to the metal phase, suggesting that Fe3O4 nanoparticles were successfully encapsulated within a graphitic structure during the synthesis of MGNC. The core-shell structure of MGNC is unequivocally demonstrated in the TEM micrograph shown in Fig. 1b. Characterization of the MGNC textural and surface chemical properties revealed: (i) stability up to 400 oC under oxidizing atmosphere; (ii) 27.3 wt.% of ashes (corresponding to the mass fraction of Fe3O4); (iii) a micro-mesoporous structure with a fairly well developed specific surface area (SBET = 330 m2 g-1); and (iv) neutral character (pHPZC = 7.1). In addition, the magnetic nature of MGNC (Fig. 2) is an additional advantage for possible implementation of in situ magnetic separation systems for catalyst recovery.

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The presences of heavy metals, organic contaminants and natural toxins in natural water bodies pose a serious threat to the environment and the health of living organisms. Therefore, there is a critical need to identify sustainable and environmentally friendly water treatment processes. In this dissertation, I focus on the fundamental studies of advanced oxidation processes and magnetic nano-materials as promising new technologies for water treatments. Advanced oxidation processes employ reactive oxygen species (ROS) which can lead to the mineralization of a number of pollutants and toxins. The rates of formation, steady-state concentrations, and kinetic parameters of hydroxyl radical and singlet oxygen produced by various TiO2 photocatalysts under UV or visible irradiations were measured using selective chemical probes. Hydroxyl radical is the dominant ROS, and its generation is dependent on experimental conditions. The optimal condition for generation of hydroxyl radical by of TiO2 coated glass microspheres is studied by response surface methodology, and the optimal conditions are applied for the degradation of dimethyl phthalate. Singlet oxygen (1O2) also plays an important role for advanced processes, so the degradation of microcystin-LR by rose bengal, an 1O2 sensitizer was studied. The measured bimolecular reaction rate constant between MC-LR and 1O2 is ∼ 106 M-1 s-1 based on competition kinetics with furfuryl alcohol. The typical adsorbent needs separation after the treatment, while magnetic iron oxides can be easily removed by a magnetic field. Maghemite and humic acid coated magnetite (HA-Fe3O4) were synthesized, characterized and applied for chromium(VI) removal. The adsorption of chromium(VI) by maghemite and HA-Fe3O4 follow a pseudo-second-order kinetic process. The adsorption of chromium(VI) by maghemite is accurately modeled using adsorption isotherms, and solution pH and presence of humic acid influence adsorption. Humic acid coated magnetite can adsorb and reduce chromium(VI) to non-toxic chromium (III), and the reaction is not highly dependent on solution pH. The functional groups associated with humic acid act as ligands lead to the Cr(III) complex via a coupled reduction-complexation mechanism. Extended X-ray absorption fine structure spectroscopy demonstrates the Cr(III) in the Cr-loaded HA-Fe 3O4 materials has six neighboring oxygen atoms in an octahedral geometry with average bond lengths of 1.98 Å.

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A indústria moveleira em geral e de piso de madeira é caracterizada por processos a seco. Em decorrência da limpeza e lavagem de maquinário e superfícies gera águas residuárias em baixos volumes porém altamente contaminadas com substâncias recalcitrantes de difícil tratamento. Com o objetivo de oferecer uma alternativa tecnológica de fácil operação (com uso mínimo de reagentes químicos), capaz de tratar tais águas, reduzir toxicidade e aumentar biodegradabilidade do efluente, viabilizando desta forma uma etapa subsequente de tratamento biológico, o presente trabalho conduziu ensaios de tratabilidade baseados em processos oxidativos avançados com águas residuárias provenientes de lavagens em uma indústria de piso de madeira em Nybro, Suécia, com DQO inicial de aproximadamente 45.000 mg/L e pH de 2,3-2,6. Após tratamento primário in situ com redução de 89% de DQO, os seguintes processos geradores de radicais OH foram testados em escala de laboratório: ozonização sem ajuste de pH (Etapa I); ozonização com ajuste de pH (Etapa II); e ozonização + UV-C com ajuste de pH (Etapa III). Os experimentos foram realizados em semi-batelada, utilizando-se um aparato com dois reatores conectados (de O3 e de UV), entre os quais foi mantido fluxo de recirculação em contracorrente com o gás. Para o desenho experimental, utilizou-se a metodologia de planejamento fatorial do tipo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) utilizando-se como variáveis independentes, (i) vazão de recirculação entre os reatores (VR) com níveis variando de 0,3 a 3L/min; (ii) concentração de O3 na mistura gasosa injetada ([O3]) ou modo de dosagem cujos níveis variaram de 40 a 115 g/Nm3 e; (iii) pH inicial (Etapas II e III) com níveis que variaram de 3 a 11. A quantidade total de O3 fornecida até o final de cada ensaio foi fixada em 2 gramas de O3 para cada grama de DQO inicial (2:1). A eficiência de cada tratamento foi avaliada em função da redução de DQO, da remoção de COT e do consumo de O3. Para ozonização sem ajuste de pH foram alcançadas reduções de DQO e COT de 65 e 31% respectivamente. No tratamento com ajuste de pH sem UV, foram alcançadas reduções de DQO e COT de 85% e 43% com pHinicial = 7,0 enquanto que no tratamento com UV foi alcançada redução de DQO e COT de 93% e 56% respectivamente, com pHi = 9,38. Os resultados de respirometria com os efluentes dos tratamentos indicaram que a ozonização destas águas em pH baixo pode resultar na geração de subprodutos menos biodegradáveis. Entretanto, tais produtos não são gerados quando a ozonização é realizada em pH mais elevado (7,0), mesmo sem aplicação de UV, com doses de O3:DQOinicial menores que 1:1. O tratamento por ozonização pode, portanto, ser aplicado como uma etapa intermediária de tratamento das águas residuárias em questão, inclusive precedendo o tratamento biológico.

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Microcystins and nodularin are toxic cyanobacterial secondary metabolites produced by cyanobacteria that pose a threat to human health in drinking water. Conventional water treatment methods often fail to remove these toxins. Advanced oxidation processes such as TiO2 photocatalysis have been shown to effectively degrade these compounds. A particular issue that has limited the widespread application of TiO2 photocatalysis for water treatment has been the separation of the nanoparticulate power from the treated water. A novel catalyst format, TiO2 coated hollow glass spheres (Photospheres™), is far more easily separated from treated water due to its buoyancy. This paper reports the photocatalytic degradation of eleven microcystin variants and nodularin in water using Photospheres™. It was found that the Photospheres™ successfully decomposed all compounds in 5 minutes or less. This was found to be comparable to the rate of degradation observed using a Degussa P25 material, which has been previously reported to be the most efficient TiO2 for photocatalytic degradation of microcystins in water. Furthermore, it was observed that the degree of initial catalyst adsorption of the cyanotoxins depended on the amino acid in the variable positions of the microcystin molecule. The fastest degradation (2 minutes) was observed for the hydrophobic variants (microcystin-LY, -LW, -LF). Suitability of UV-LEDs as an alternative low energy light source was also evaluated.

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O tratamento físico-químico de águas residuais, de origem industrial, mais comum é o tratamento baseado na adição de coagulante e floculante a um efluente. No entanto, o tratamento eletroquímico é um tipo de tratamento que tem vindo a ser explorado e estudado com mais ênfase ao longo dos últimos anos. O tratamento eletroquímico é uma tecnologia AOP (Processos de Oxidação Avançada) e divide-se em eletrólise direta (oxidação e redução) e indireta (eletrocoagulação-flotação e eletrooxidação). A eletrocoagulação e eletrooxidação divergem apenas pelo tipo de reações que ocorrem, devido ao material que constitui os elétrodos. São processos complexos com uma multiplicidade de mecanismos que operam sinergicamente para remover poluentes da água. Tendo em conta a sua complexidade e ainda dificuldade de compreensão, existem na literatura diferentes versões acerca de quais os mecanismos chave, assim como diversas configurações geométricas de reatores e elétrodos. Atualmente, este tipo de tratamento tem vindo a evoluir, tornando-se num método economicamente viável para o tratamento de uma grande variedade de águas residuais, nomeadamente, aquelas que possuem compostos recalcitrantes na sua composição. O presente trabalho foi realizado nas instalações da VentilAQUA S.A. e, tendo em conta a sua área de especialidade, o trabalho exposto focou-se no desenvolvimento de soluções técnicas de AOP, nomeadamente na área eletroquímica (eletrocoagulação e eletrooxidação),para estudo dos parâmetros operacionais numa nova configuração geométrica para os elétrodos. Tendo por base os contributos da revisão bibliográfica, o estudo incidiu num reator tubular, com elétrodos de inox dispostos de forma concêntrica, à mesma distância entre si. Com este reator foram executados variados testes, com diferentes efluentes, que permitiram obter resultados operacionais de otimização de funcionamento, tendo em vista a remoção de poluentes. O estudo financeiro associado permitiu concluir que a eletrooxidação é significativamente mais económica que o tratamento físico-químico, nas condições operacionais e para os efluentes tratados. Relativamente ao Acompanhamento e Gestão de ETAR’s (Capítulo 4) foi possível verificar que todos os casos em estudo apresentam uma boa eficiência de remoção de matéria orgânica, permitindo a descarga do seu efluente com uma carga poluente que cumpre com os requisitos legais de descarga em meio hídrico.