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Electrochemical treatment of sanitary landfill leachates
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Resumo(s)
Sanitary landfill leachate is one of the major environmental problems concerning water pollution, since it is a very complex wastewater containing different heavy metals, organic and inorganic compounds, some of them refractory and toxic, which possesses colour and odour. Optimal leachate treatment, in order to fully reduce the negative impact on the environment, is today a challenge, since the conventional treatment methods used are not enough to reach the level of purification needed. For this reason, several advanced technologies have been studied for the treatment of sanitary landfill leachates and among them electrochemical methods have received great attention. In fact, electrochemical technologies have shown high efficiency in the elimination of persistent pollutants and several studies have reported its application in wastewater treatment.
The objective of the work described in this thesis was to evaluate the application of two electrochemical methods, electrocoagulation and electrochemical oxidation, in the treatment of sanitary landfill leachates. Studies were performed with different leachate samples, collected at different sanitary landfill facilities, at different points of the treatment plants existed and in different seasons of the year. Different cell configurations and electrode materials were experimented. Operational variables such as applied current/potential, stirring, flow rate and electrolysis time were studied. Pollutants removal, mineralization and biodegradability indexes and energetic costs were also assessed.
The results obtained demonstrated that electrocoagulation and electrochemical oxidation are effective technologies to treat leachates from sanitary landfills. Depending on the leachate characteristics, electrochemical treatments can be applied as pre-treatment or post treatment of biological processes. For leachates with high content in organic matter, electrochemical oxidation was more effective when applied after the biological treatment, eliminating the refractory organic matter remaining. Energy consumptions of 15 and 21 W h (g COD)-1 were achieved at laboratory and semi-pilot scales experiments, respectively.
For leachates designated as “old” or with low biodegradability index, electrochemical oxidation process was more efficient when applied to the raw leachate, without any kind of pre-treatment. Chemical oxygen demand removals above 90% were achieved with energy consumptions of 78 W h (g COD)−1.
For leachates with a high amount of solids, the application of an electrocoagulation process before the electrochemical oxidation enhanced the treatment efficiency. Electrocoagulation assays performed led to reductions in organic load of 50% with energy consumptions of 2 W h (g COD)−1. Furthermore, the combined electrocoagulation/ electrochemical oxidation treatment, when applied to raw leachates, enhances the biodegradability of the organic pollutants, improving the performance of the subsequent biological process. An increase in the biodegradability index from 0.3 to 0.9 was attained for the combined assays performed, with chemical oxygen demand removals above 95%. Moreover, this combined treatment has the advantage of being able to use the simultaneous cathodic reduction to remove heavy metals from the leachate, since these processes reduce the metal ions by depositing them onto the cathode. However, when solids content is low, it is preferable to apply only the electrochemical oxidation process, since it does not have the disadvantage of sludge production.
The experiments using Ti/Pt/PbO2 anodes showed that this material can be successfully used for the treatment of sanitary landfill leachates, leading to lower energy consumptions than those obtained with boron doped diamond anodes. Both anode materials presented similar chemical oxygen demand removal kinetics and, despite boron doped diamond anodes yields higher mineralization indexes, Ti/Pt/PbO2 promotes higher levels of total and ammonia nitrogen removals.
Os lixiviados de aterros sanitários são um dos principais problemas ambientais existentes no que se refere a poluição aquática, uma vez que são efluentes muito complexos que contêm diferentes metais pesados, compostos orgânicos e inorgânicos, alguns deles tóxicos e refratários e que possuem cor e odor. Atualmente, o tratamento eficiente de lixiviados é um desafio, uma vez que os métodos convencionais de tratamento utilizados não são suficientes para atingir o nível de purificação necessário. Assim sendo, tem sido estudada a aplicação de várias “tecnologias avançadas” no tratamento de lixiviados de aterros sanitários e, entre elas, os métodos eletroquímicos têm recebido especial enfase. De facto, as tecnologias eletroquímicas têm mostrado elevada eficiência na eliminação de poluentes persistentes e vários estudos têm descrito a sua aplicação no tratamento de águas residuais. No trabalho descrito nesta tese, foi estudada a aplicação de dois métodos eletroquímicos, a eletrocoagulação e a oxidação eletroquímica, no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. O principal objetivo do trabalho consistia em apresentar uma solução eletroquímica eficiente para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários. De entre os métodos eletroquímicos existentes, a oxidação eletroquímica é, de acordo com a literatura, aquele que apresenta maior eficiência na eliminação de poluentes persistentes, sem a desvantagem da produção de lamas e, por essa razão, foi selecionado para a realização deste trabalho. Contudo, uma vez que a maioria dos lixiviados contêm grandes quantidades de matéria suspensa e coloidal, que condicionam a eficiência do processo de oxidação eletroquímica, foi decidido avaliar o efeito da introdução de um pré-tratamento de eletrocoagulação antes da aplicação do processo de oxidação eletroquímica. Considerando as soluções de tratamento atualmente implementadas e as características e variabilidade das águas lixiviantes, foram estabelecidos vários objetivos secundários, que a seguir se enumeram. 1. A maioria das estações de tratamento de águas lixiviantes inclui processos biológicos, que são eficazes na remoção da matéria orgânica biodegradável. De forma a otimizar os recursos já existentes, foi estudada a aplicação do processo de oxidação eletroquímica na remoção dos compostos orgânicos persistentes após os tratamentos biológicos. Deste modo, pretendeu-se avaliar a eficiência do processo de oxidação eletroquímica quando aplicado como pós-tratamento ao efluente de um processo biológico, para eliminar os compostos orgânicos persistentes ainda remanescentes. 2. Tendo em conta que a maioria dos lixiviados de aterros sanitários apresentam baixos índices de biodegradabilidade e que os processos biológicos são pouco eficazes quando a razão entre carência bioquímica de oxigénio e a carência química de oxigénio é inferior a 0,5, foi decidido usar a oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos, para estudar a aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados sem qualquer tipo de pré-tratamento, determinando as condições experimentais que conduzem a eficiências de tratamento mais elevadas. 3. Sabendo que a matéria suspensa e coloidal existente nos lixiviados torna o processo de oxidação eletroquímica menos eficiente, foi avaliada a introdução de um processo de eletrocoagulação, anterior ao processo de oxidação eletroquímica, com o objetivo de remover as partículas suspensas e coloidais existentes nos lixiviados brutos. Deste modo, pretendeu-se avaliar o incremento na eficiência do tratamento eletroquímico decorrente da introdução de um processo de eletrocoagulação, aplicado como pré-tratamento ao processo de oxidação eletroquímica. 4. Apesar das propriedades excecionais dos elétrodos de diamante dopado com boro (BDD) e dos bons resultados obtidos com este material de elétrodo, o seu custo é muito elevado, o que condiciona a sua aplicação a nível industrial. Assim, foi decidido estudar a aplicação de um material de elétrodo mais económico e comparar o seu desempenho com o dos elétrodos de BDD. Foi escolhido o Ti/Pt/PbO2, uma vez que este material foi preparado e utilizado com sucesso pelo nosso grupo de investigação na degradação de vários fármacos. O objetivo deste estudo foi o de avaliar a viabilidade de utilização de ânodos de Ti/Pt/PbO2 no processo de oxidação eletroquímica para o tratamento de lixiviados, e comparar o seu desempenho com os ânodos de BDD. No sentido de concretizar os objetivos propostos, foram realizados vários ensaios laboratoriais, utilizando diferentes amostras de lixiviados e aplicando diferentes condições experimentais. O estudo foi dividido em quatro partes, de acordo com os quatro objetivos estabelecidos, apresentando-se, em seguida, um resumo dos ensaios realizados e das principais conclusões obtidas. Parte 1: Aplicação do processo de oxidação eletroquímica como pós-tratamento Estudo 1 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica a lixiviados biologicamente tratados: ensaios em escala laboratorial com agitação Este estudo foi realizado à escala laboratorial, utilizando uma célula eletroquímica com modo de operação descontínuo, com agitação. Foram ensaiadas amostras de lixiviado recolhidas numa estação de tratamento de águas lixiviantes após o tratamento biológico por lamas ativadas, utilizando um ânodo de BDD uma vez que, de acordo com a literatura, este material de ânodo apresenta propriedades únicas e os melhores resultados na oxidação eletroquímica de poluentes persistentes. Foi estudada a influência da carga orgânica inicial e da densidade de corrente aplicada. Estudo 2 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica a lixiviados biologicamente tratados: ensaios em escala semi-piloto com recirculação A finalidade deste estudo foi avaliar o efeito do scale-up do processo na eficiência do tratamento de oxidação eletroquímica. Os ensaios foram realizados numa instalação semi-piloto, em modo descontínuo, com recirculação, utilizando uma célula eletroquímica DiaCell 100 com ânodo e cátodo de BDD, com uma área de 70 cm2 cada. Foi estudada a influência da densidade de corrente aplicada e do caudal de recirculação. Parte 2: Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos Estudo 3 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos: agitação vs. recirculação As amostras de lixiviado utilizadas neste estudo foram recolhidas num aterro sanitário de idade intermédia e apresentavam um índice de biodegradabilidade muito baixo. Os ensaios foram realizados em escala laboratorial, em modo descontínuo, utilizando duas células eletroquímicas distintas, uma com recirculação e outra com agitação, de forma a estudar a influência da hidrodinâmica da célula no desempenho da eletrodegradação. Também neste estudo foram utilizados ânodos de BDD. Foi avaliada a influência da densidade de corrente aplicada, tendo sido realizados estudos em que a densidade de corrente foi reduzida ao longo do ensaio com o objetivo de aumentar a eficiência energética do processo. Estudo 4 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos: ensaios em escala semi-piloto com recirculação Com a finalidade de avaliar o efeito do scale-up do processo na eficiência do tratamento de oxidação eletroquímica, foram realizados ensaios na instalação semi-piloto, em modo descontínuo, com recirculação, utilizando a célula eletroquímica DiaCell 100. Foi avaliada a influência do caudal de recirculação e da densidade de corrente aplicada, tendo sido realizados estudos em que a densidade de corrente foi reduzida ao longo do ensaio com o objetivo de aumentar a eficiência energética do processo. Parte 3: Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados Estudo 5 – Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados: uso do processo combinado como pré-tratamento vs. tratamento de afinação Este tratamento combinado (eletrocoagulação + oxidação eletroquímica) foi estudado em lixiviados brutos e em lixiviados biologicamente tratados, a fim de avaliar a aplicabilidade do processo e as condições da sua máxima eficiência. Os ensaios decorreram em escala laboratorial, em modo descontínuo. No processo de eletrocoagulação foram utilizados elétrodos consumíveis de ferro, uma vez que na literatura estes são identificados como sendo os mais adequados para o tratamento de lixiviados. A influência do pH inicial, da carga orgânica inicial, do tempo de eletrólise e do potencial/intensidade de corrente aplicados foi avaliada no processo de eletrocoagulação e, posteriormente, foi estudado o seu efeito no processo de oxidação eletroquímica posterior. Nos ensaios de oxidação eletroquímica foi utilizado um ânodo de BDD. Estudo 6 – Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados: efeito na biodegradabilidade do lixiviado Neste estudo foi avaliada a aplicação do tratamento eletroquímico combinado como um pré-tratamento aos processos biológicos, a fim de otimizar os recursos existentes e reduzir os custos associados ao tratamento. Foi ainda avaliada influência da densidade de corrente aplicada no processo de oxidação eletroquímica. Parte 4: Utilização de ânodos de Ti/Pt/PbO2 no processo de oxidação eletroquímica, aplicado ao tratamento de lixiviados Estudo 7 – Ânodos de Ti/Pt/PbO2 vs. ânodos de BDD no tratamento de lixiviados biologicamente tratados e amostras simuladas Neste estudo foram utilizadas amostras de lixiviado biologicamente tratado de um aterro sanitário classificado como novo. Os ensaios decorreram à escala laboratorial, em modo descontínuo, com agitação. Foram também realizados ensaios com amostras de efluente simulado, a fim de estudar a influência das condições experimentais no mecanismo de degradação. Estudo 8 – Ânodos de Ti/Pt/PbO2 vs. ânodos de BDD no tratamento de lixiviados e amostras simuladas: estudo da influência da densidade de corrente aplicada e da concentração de iões cloreto Para este estudo, foram recolhidas amostras num aterro sanitário classificado como velho, sem qualquer tipo de tratamento. Foi estudada a influência da densidade de corrente aplicada e da concentração de iões cloreto, uma vez que a concentração inicial de iões cloreto presente no lixiviado era bastante mais baixa comparada com os outros lixiviados estudados e, de acordo com a literatura, não era suficiente para potenciar a oxidação indireta. Com o intuito de estudar a influência das condições experimentais no mecanismo de degradação, foram realizados ensaios utilizando amostras de efluente simulado. Os objetivos propostos foram atingidos e os resultados mostraram que os tratamentos eletroquímicos podem ser aplicados eficientemente no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. Dependendo das características do lixiviado a tratar, as metodologias eletroquímicas podem ser aplicadas como pré-tratamento ou como tratamento de afinação aos processos biológicos. Os processos biológicos são referenciados com especial ênfase na integração com os processos eletroquímicos, pois estão entre os processos de tratamento mais económicos e encontram-se implementados na maioria das estações de tratamento de águas lixiviantes. Assim sendo, a integração dos processos biológicos com as metodologias eletroquímicas surge como a solução mais eficiente e económica. Para lixiviados provenientes de aterros sanitários “novos”, com elevada carga orgânica biodegradável, o processo de oxidação eletroquímica mostrou ser eficiente quando aplicado após o tratamento biológico, removendo a matéria orgânica refratária remanescente do tratamento biológico. Nos estudos realizados neste âmbito foram obtidos consumos energéticos de 15 e 21 W h (g COD)-1 , para ensaios realizados em escala laboratorial e semipiloto, respetivamente. Para lixiviados designados por “velhos” ou com baixo índice de biodegradabilidade, o processo de oxidação eletroquímica mostrou ser mais eficiente quando aplicado ao lixiviado bruto, sem qualquer tipo de tratamento, tendo sido obtidas remoções da carência química de oxigénio acima de 90% com consumos energéticos na ordem dos 78 W h (g COD)−1 . Nas situações em que os lixiviados a tratar apresentam uma grande quantidade de sólidos, a introdução de um processo de eletrocoagulação anterior ao de oxidação eletroquímica torna o tratamento mais eficiente. De facto, os ensaios de eletrocoagulação realizados conduziram a reduções da carga orgânica na ordem dos 50% com consumos energéticos de 2 W h (g COD)-1 . O tratamento combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica, quando aplicado a lixiviados brutos, conduz ao aumento da biodegradabilidade dos poluentes orgânicos, potenciando assim a posterior aplicação de processos biológicos. Um aumento no índice de biodegradabilidade de 0,3 para 0,9 foi observado nos ensaios combinados realizados, com remoções da carência química de oxigénio de 95%. Este tratamento combinado apresenta ainda a vantagem de poder utilizar a redução catódica simultânea para remover os metais pesados existentes nos lixiviados, uma vez que estes processos reduzem os iões metálicos, depositando-os sobre o cátodo. Quando a quantidade de sólidos no lixiviado é baixa, é preferível a aplicação apenas do processo de oxidação eletroquímica, uma vez que este não apresenta a desvantagem da produção de lamas. Apesar dos bons resultados obtidos neste processo utilizando ânodos de diamante dopado com boro, os estudos realizados utilizando ânodos de Ti/Pt/PbO2 mostraram que este material de ânodo pode ser utilizado no tratamento de lixiviados de aterros sanitários, conduzindo a consumos energéticos inferiores aos observados com os ânodos de BDD. Foi também observado que os dois materiais de ânodo apresentam cinéticas de remoção da carência química de oxigénio similares e que, apesar de os ânodos de BDD conduzirem a índices de mineralização superiores, os ânodos de Ti/Pt/PbO2 potenciam remoções de azoto total e amoniacal superiores.
Os lixiviados de aterros sanitários são um dos principais problemas ambientais existentes no que se refere a poluição aquática, uma vez que são efluentes muito complexos que contêm diferentes metais pesados, compostos orgânicos e inorgânicos, alguns deles tóxicos e refratários e que possuem cor e odor. Atualmente, o tratamento eficiente de lixiviados é um desafio, uma vez que os métodos convencionais de tratamento utilizados não são suficientes para atingir o nível de purificação necessário. Assim sendo, tem sido estudada a aplicação de várias “tecnologias avançadas” no tratamento de lixiviados de aterros sanitários e, entre elas, os métodos eletroquímicos têm recebido especial enfase. De facto, as tecnologias eletroquímicas têm mostrado elevada eficiência na eliminação de poluentes persistentes e vários estudos têm descrito a sua aplicação no tratamento de águas residuais. No trabalho descrito nesta tese, foi estudada a aplicação de dois métodos eletroquímicos, a eletrocoagulação e a oxidação eletroquímica, no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. O principal objetivo do trabalho consistia em apresentar uma solução eletroquímica eficiente para o tratamento de lixiviados de aterros sanitários. De entre os métodos eletroquímicos existentes, a oxidação eletroquímica é, de acordo com a literatura, aquele que apresenta maior eficiência na eliminação de poluentes persistentes, sem a desvantagem da produção de lamas e, por essa razão, foi selecionado para a realização deste trabalho. Contudo, uma vez que a maioria dos lixiviados contêm grandes quantidades de matéria suspensa e coloidal, que condicionam a eficiência do processo de oxidação eletroquímica, foi decidido avaliar o efeito da introdução de um pré-tratamento de eletrocoagulação antes da aplicação do processo de oxidação eletroquímica. Considerando as soluções de tratamento atualmente implementadas e as características e variabilidade das águas lixiviantes, foram estabelecidos vários objetivos secundários, que a seguir se enumeram. 1. A maioria das estações de tratamento de águas lixiviantes inclui processos biológicos, que são eficazes na remoção da matéria orgânica biodegradável. De forma a otimizar os recursos já existentes, foi estudada a aplicação do processo de oxidação eletroquímica na remoção dos compostos orgânicos persistentes após os tratamentos biológicos. Deste modo, pretendeu-se avaliar a eficiência do processo de oxidação eletroquímica quando aplicado como pós-tratamento ao efluente de um processo biológico, para eliminar os compostos orgânicos persistentes ainda remanescentes. 2. Tendo em conta que a maioria dos lixiviados de aterros sanitários apresentam baixos índices de biodegradabilidade e que os processos biológicos são pouco eficazes quando a razão entre carência bioquímica de oxigénio e a carência química de oxigénio é inferior a 0,5, foi decidido usar a oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos, para estudar a aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados sem qualquer tipo de pré-tratamento, determinando as condições experimentais que conduzem a eficiências de tratamento mais elevadas. 3. Sabendo que a matéria suspensa e coloidal existente nos lixiviados torna o processo de oxidação eletroquímica menos eficiente, foi avaliada a introdução de um processo de eletrocoagulação, anterior ao processo de oxidação eletroquímica, com o objetivo de remover as partículas suspensas e coloidais existentes nos lixiviados brutos. Deste modo, pretendeu-se avaliar o incremento na eficiência do tratamento eletroquímico decorrente da introdução de um processo de eletrocoagulação, aplicado como pré-tratamento ao processo de oxidação eletroquímica. 4. Apesar das propriedades excecionais dos elétrodos de diamante dopado com boro (BDD) e dos bons resultados obtidos com este material de elétrodo, o seu custo é muito elevado, o que condiciona a sua aplicação a nível industrial. Assim, foi decidido estudar a aplicação de um material de elétrodo mais económico e comparar o seu desempenho com o dos elétrodos de BDD. Foi escolhido o Ti/Pt/PbO2, uma vez que este material foi preparado e utilizado com sucesso pelo nosso grupo de investigação na degradação de vários fármacos. O objetivo deste estudo foi o de avaliar a viabilidade de utilização de ânodos de Ti/Pt/PbO2 no processo de oxidação eletroquímica para o tratamento de lixiviados, e comparar o seu desempenho com os ânodos de BDD. No sentido de concretizar os objetivos propostos, foram realizados vários ensaios laboratoriais, utilizando diferentes amostras de lixiviados e aplicando diferentes condições experimentais. O estudo foi dividido em quatro partes, de acordo com os quatro objetivos estabelecidos, apresentando-se, em seguida, um resumo dos ensaios realizados e das principais conclusões obtidas. Parte 1: Aplicação do processo de oxidação eletroquímica como pós-tratamento Estudo 1 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica a lixiviados biologicamente tratados: ensaios em escala laboratorial com agitação Este estudo foi realizado à escala laboratorial, utilizando uma célula eletroquímica com modo de operação descontínuo, com agitação. Foram ensaiadas amostras de lixiviado recolhidas numa estação de tratamento de águas lixiviantes após o tratamento biológico por lamas ativadas, utilizando um ânodo de BDD uma vez que, de acordo com a literatura, este material de ânodo apresenta propriedades únicas e os melhores resultados na oxidação eletroquímica de poluentes persistentes. Foi estudada a influência da carga orgânica inicial e da densidade de corrente aplicada. Estudo 2 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica a lixiviados biologicamente tratados: ensaios em escala semi-piloto com recirculação A finalidade deste estudo foi avaliar o efeito do scale-up do processo na eficiência do tratamento de oxidação eletroquímica. Os ensaios foram realizados numa instalação semi-piloto, em modo descontínuo, com recirculação, utilizando uma célula eletroquímica DiaCell 100 com ânodo e cátodo de BDD, com uma área de 70 cm2 cada. Foi estudada a influência da densidade de corrente aplicada e do caudal de recirculação. Parte 2: Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos Estudo 3 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos: agitação vs. recirculação As amostras de lixiviado utilizadas neste estudo foram recolhidas num aterro sanitário de idade intermédia e apresentavam um índice de biodegradabilidade muito baixo. Os ensaios foram realizados em escala laboratorial, em modo descontínuo, utilizando duas células eletroquímicas distintas, uma com recirculação e outra com agitação, de forma a estudar a influência da hidrodinâmica da célula no desempenho da eletrodegradação. Também neste estudo foram utilizados ânodos de BDD. Foi avaliada a influência da densidade de corrente aplicada, tendo sido realizados estudos em que a densidade de corrente foi reduzida ao longo do ensaio com o objetivo de aumentar a eficiência energética do processo. Estudo 4 – Aplicação do processo de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados brutos: ensaios em escala semi-piloto com recirculação Com a finalidade de avaliar o efeito do scale-up do processo na eficiência do tratamento de oxidação eletroquímica, foram realizados ensaios na instalação semi-piloto, em modo descontínuo, com recirculação, utilizando a célula eletroquímica DiaCell 100. Foi avaliada a influência do caudal de recirculação e da densidade de corrente aplicada, tendo sido realizados estudos em que a densidade de corrente foi reduzida ao longo do ensaio com o objetivo de aumentar a eficiência energética do processo. Parte 3: Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados Estudo 5 – Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados: uso do processo combinado como pré-tratamento vs. tratamento de afinação Este tratamento combinado (eletrocoagulação + oxidação eletroquímica) foi estudado em lixiviados brutos e em lixiviados biologicamente tratados, a fim de avaliar a aplicabilidade do processo e as condições da sua máxima eficiência. Os ensaios decorreram em escala laboratorial, em modo descontínuo. No processo de eletrocoagulação foram utilizados elétrodos consumíveis de ferro, uma vez que na literatura estes são identificados como sendo os mais adequados para o tratamento de lixiviados. A influência do pH inicial, da carga orgânica inicial, do tempo de eletrólise e do potencial/intensidade de corrente aplicados foi avaliada no processo de eletrocoagulação e, posteriormente, foi estudado o seu efeito no processo de oxidação eletroquímica posterior. Nos ensaios de oxidação eletroquímica foi utilizado um ânodo de BDD. Estudo 6 – Aplicação de um processo combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica no tratamento de lixiviados: efeito na biodegradabilidade do lixiviado Neste estudo foi avaliada a aplicação do tratamento eletroquímico combinado como um pré-tratamento aos processos biológicos, a fim de otimizar os recursos existentes e reduzir os custos associados ao tratamento. Foi ainda avaliada influência da densidade de corrente aplicada no processo de oxidação eletroquímica. Parte 4: Utilização de ânodos de Ti/Pt/PbO2 no processo de oxidação eletroquímica, aplicado ao tratamento de lixiviados Estudo 7 – Ânodos de Ti/Pt/PbO2 vs. ânodos de BDD no tratamento de lixiviados biologicamente tratados e amostras simuladas Neste estudo foram utilizadas amostras de lixiviado biologicamente tratado de um aterro sanitário classificado como novo. Os ensaios decorreram à escala laboratorial, em modo descontínuo, com agitação. Foram também realizados ensaios com amostras de efluente simulado, a fim de estudar a influência das condições experimentais no mecanismo de degradação. Estudo 8 – Ânodos de Ti/Pt/PbO2 vs. ânodos de BDD no tratamento de lixiviados e amostras simuladas: estudo da influência da densidade de corrente aplicada e da concentração de iões cloreto Para este estudo, foram recolhidas amostras num aterro sanitário classificado como velho, sem qualquer tipo de tratamento. Foi estudada a influência da densidade de corrente aplicada e da concentração de iões cloreto, uma vez que a concentração inicial de iões cloreto presente no lixiviado era bastante mais baixa comparada com os outros lixiviados estudados e, de acordo com a literatura, não era suficiente para potenciar a oxidação indireta. Com o intuito de estudar a influência das condições experimentais no mecanismo de degradação, foram realizados ensaios utilizando amostras de efluente simulado. Os objetivos propostos foram atingidos e os resultados mostraram que os tratamentos eletroquímicos podem ser aplicados eficientemente no tratamento de lixiviados de aterros sanitários. Dependendo das características do lixiviado a tratar, as metodologias eletroquímicas podem ser aplicadas como pré-tratamento ou como tratamento de afinação aos processos biológicos. Os processos biológicos são referenciados com especial ênfase na integração com os processos eletroquímicos, pois estão entre os processos de tratamento mais económicos e encontram-se implementados na maioria das estações de tratamento de águas lixiviantes. Assim sendo, a integração dos processos biológicos com as metodologias eletroquímicas surge como a solução mais eficiente e económica. Para lixiviados provenientes de aterros sanitários “novos”, com elevada carga orgânica biodegradável, o processo de oxidação eletroquímica mostrou ser eficiente quando aplicado após o tratamento biológico, removendo a matéria orgânica refratária remanescente do tratamento biológico. Nos estudos realizados neste âmbito foram obtidos consumos energéticos de 15 e 21 W h (g COD)-1 , para ensaios realizados em escala laboratorial e semipiloto, respetivamente. Para lixiviados designados por “velhos” ou com baixo índice de biodegradabilidade, o processo de oxidação eletroquímica mostrou ser mais eficiente quando aplicado ao lixiviado bruto, sem qualquer tipo de tratamento, tendo sido obtidas remoções da carência química de oxigénio acima de 90% com consumos energéticos na ordem dos 78 W h (g COD)−1 . Nas situações em que os lixiviados a tratar apresentam uma grande quantidade de sólidos, a introdução de um processo de eletrocoagulação anterior ao de oxidação eletroquímica torna o tratamento mais eficiente. De facto, os ensaios de eletrocoagulação realizados conduziram a reduções da carga orgânica na ordem dos 50% com consumos energéticos de 2 W h (g COD)-1 . O tratamento combinado de eletrocoagulação seguido de oxidação eletroquímica, quando aplicado a lixiviados brutos, conduz ao aumento da biodegradabilidade dos poluentes orgânicos, potenciando assim a posterior aplicação de processos biológicos. Um aumento no índice de biodegradabilidade de 0,3 para 0,9 foi observado nos ensaios combinados realizados, com remoções da carência química de oxigénio de 95%. Este tratamento combinado apresenta ainda a vantagem de poder utilizar a redução catódica simultânea para remover os metais pesados existentes nos lixiviados, uma vez que estes processos reduzem os iões metálicos, depositando-os sobre o cátodo. Quando a quantidade de sólidos no lixiviado é baixa, é preferível a aplicação apenas do processo de oxidação eletroquímica, uma vez que este não apresenta a desvantagem da produção de lamas. Apesar dos bons resultados obtidos neste processo utilizando ânodos de diamante dopado com boro, os estudos realizados utilizando ânodos de Ti/Pt/PbO2 mostraram que este material de ânodo pode ser utilizado no tratamento de lixiviados de aterros sanitários, conduzindo a consumos energéticos inferiores aos observados com os ânodos de BDD. Foi também observado que os dois materiais de ânodo apresentam cinéticas de remoção da carência química de oxigénio similares e que, apesar de os ânodos de BDD conduzirem a índices de mineralização superiores, os ânodos de Ti/Pt/PbO2 potenciam remoções de azoto total e amoniacal superiores.
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Palavras-chave
Aterros sanitários - Lixiviação Aterros sanitários - Tratamento electroquímico