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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36293
Tipo: | Tese |
Título: | Lodo de foto-Fenton como recurso catalítico sustentável : aplicações em processos eletroquímicos visando o tratamento de lixiviado e a formação de produtos de alto valor agregado |
Autor(es): | Vidal, Iana Chaiene de Araujo |
Primeiro Orientador: | Rocha, Elisângela Maria Rodrigues |
Primeiro Coorientador: | Huitle, Carlos Alberto Martinez |
Resumo: | O lixiviado é uma matriz aquosa de elevada complexidade resultante da combinação entre a degradação dos resíduos sólidos e o ciclo da água em um aterro sanitário e seu tratamento é considerado um desafio para os pesquisadores, engenheiros e gestores que buscam aprimorar processos convencionais e otimizar novas tecnologias de tratamento. Dentre as tecnologias para seu tratamento, o processo foto-Fenton solar destaca-se pela eficiência na redução de carga orgânica recalcitrante e cor, entretanto, possui um interveniente significativo que é a geração do lodo decorrente da precipitação dos íons férricos. Isto posto, a presente pesquisa buscou avaliar o potencial desse lodo ser transformado em um recurso atrativo a ser utilizado como matéria prima em novos processos de tratamento. Para tanto utilizando, inicialmente, o método ProKnow-C (Knowledge Development Process – Constructivist) foi desenvolvido um estudo bibliométrico e sistêmico acerca das alternativas adotadas na literatura para reutilização do lodo férrico. O destaque dos resultados desse estudo versa sobre a transformação do lodo férrico em catalisador a ser utilizado na reação Fenton heterogênea que correspondeu há cerca de 73% dos artigos do portfólio bibliográfico final. Posteriormente foi avaliado o desempenho catalítico do lodo férrico seco a 100°C, e após tratamento térmico nas temperaturas de 600 e 750 °C no processo eletro-Fenton heterogêneo, sob diferentes condições de pH e de densidade de corrente. Os resultados mostraram que o tratamento do lixiviado via eletro-Fenton heterogêneo utilizando lodo seco a 100°C e sob condição de pH 3 apresentou melhor desempenho quando comparado ao tratamento sem ajuste de pH, alcançando, respectivamente, nas densidades de corrente avaliadas (30, 60 e 90 mA/cm²), eficiência de remoção de DQO de 47%, 48% e 50% (pH 3) - 15 %, 25% e 36% (pH sem ajuste) e eficiência de remoção de COT de 36%, 36% e 42% (pH 3) - 16% , 20% e 30% (pH sem ajuste). Constatou-se que na condição ácida a densidade de corrente não ocasionou influência significativa em termos de degradação e mineralização dos compostos após 240 min de operação. Contudo, ocorreu a formação de produtos de alto valor agregado (ácidos carboxílicos) com possibilidade de eletroconversão seletiva em ácido acético e fórmico. Sob a ótica da descoloração observou-se resultados exitosos em todas as condições avaliadas, especialmente nos tratamentos os quais foram aplicados a densidade de corrente de 90 mA/cm² no qual obteve-se descoloração mínima de 80% e máxima de 94%. Complementarmente, o lodo férrico foi avaliado como catalisador na oxidação eletroquímica com produção simultânea de hidrogênio verde o que ensejou em 61% de remoção de DQO, 44% de COT, 94% de descoloração, além de uma taxa média de produção de hidrogênio verde de 14,64 mL/min, resultados esses que despontam como promissores quando comparados ao mesmo processo de tratamento, porém, sem utilizar o lodo. O tratamento proposto tem ganhos ambientais e constitui um caminho inovador, eficiente e sustentável para economia circular e alcance das ODS 6 e 12, uma vez que, um rejeito de tratamento foi reinserido em um novo processo de tratamento de efluentes perigosos possibilitando novas investigações científicas. |
Abstract: | Leachate is a highly complex aqueous matrix resulting from the combination of solid waste degradation and the water cycle in a landfill and its treatment is considered a challenge for researchers, engineers and managers seeking to improve conventional processes and optimize new treatment technologies. Among the technologies for its treatment, the solar photo-Fenton process stands out for its efficiency in reducing recalcitrant organic load and color. However, a significant drawback is the generation of sludge due to the precipitation of ferric ions. Given this, the present research aimed to evaluate the potential of this sludge to be transformed into an attractive resource for use as a raw material in new treatment processes. To achieve this, the ProKnow-C (Knowledge Development Process – Constructivist) method was initially used to develop a bibliometric and systemic study on the alternatives adopted in the literature for the reuse of ferric sludge. The main finding of this study highlights the transformation of ferric sludge into a catalyst for use in the heterogeneous Fenton reaction, which accounted for about 73% of the articles in the final bibliographic portfolio. Subsequently, the catalytic performance of ferric sludge dried at 100°C and after thermal treatment at 600 and 750°C was evaluated in the heterogeneous electro-Fenton process under different pH conditions and current densities. The results showed that treating leachate using the heterogeneous electro-Fenton process with sludge dried at 100°C and under pH 3 conditions achieved better performance compared to treatment without pH adjustment. Specifically, under the evaluated current densities (30, 60, and 90 mA/cm²), the COD removal efficiency was 47%, 48%, and 50% (pH 3) - 15%, 25%, and 36% (no pH adjustment), and the TOC removal efficiency was 36%, 36%, and 42% (pH 3) - 16%, 20%, and 30% (no pH adjustment). It was observed that under acidic conditions, current density did not significantly influence the degradation and mineralization of compounds after 240 minutes of operation. However, high-value-added products (carboxylic acids) were formed, with the possibility of selective electroconversion into acetic and formic acids. Regarding decolorization, successful results were observed under all evaluated conditions, especially for treatments applying a current density of 90 mA/cm², achieving a minimum decolorization of 80% and a maximum of 94%. Additionally, ferric sludge was evaluated as a catalyst in electrochemical oxidation with simultaneous production of green hydrogen, achieving 61% COD removal, 44% TOC removal, 94% decolorization, and an average green hydrogen production rate of 14.64 mL/min. These results are promising compared to the same treatment process without the use of sludge. The proposed treatment offers environmental benefits and represents an innovative, efficient, and sustainable pathway for circular economy and achieving SDGs 6 and 12, as a treatment residue was reintegrated into a new hazardous effluent treatment process, paving the way for further scientific investigations. |
Palavras-chave: | Tecnologia eletroquímica Lodo férrico ProKnow-C Economia circular Ferric sludge Electrochemical technologies Circular economy |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Engenharia Civil e Ambiental |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36293 |
Data do documento: | 28-Mar-2025 |
Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental |
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