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Authors
Abstract(s)
This study aims to electrochemically oxidize (EO) industrial wastewater, namely
olive mill wastewater (OMW) and membrane concentrate of textile wastewater (MCTW),
to produce treated effluents that can be reused in hydroponic agriculture (treated OMW)
and as an anti-fouling agent in membrane processes (treated MCTW).
OMW treatment was performed using a boron-doped diamond (BDD) anode
suitable for mineralizing organic compounds. Three different applied current intensities
were studied, 300, 500, and 700 mA. EO removed up to 98% of the chemical oxygen
demand (COD). The biodegradability of the treated OMW increased considerably,
especially at 500 and 700 mA. The specific energy consumption increased with the
applied current intensity. Considering the overall results, the OMW treated at 500 mA
was considered the most suitable for hydroponic cultivation. However, it must be diluted
in fresh water to adjust pH and electrical conductivity.
MCTW treatment used a mixed metal oxide (MMO) anode, which is prone to
generating active chlorine species from chloride oxidation. Two different MCTW samples
were studied: ultrafiltration retentate (MCTW_1) and reverse osmosis retentate
(MCTW_2). With both samples, hypochlorite (ClO-) was generated by EO, leading to
treated MCTW samples rich in oxidizing agents with potential for industrial reuse. COD
removal was 61% for MCTW_1 and 68% for MCTW_2. Further process optimization is
required to minimize energy consumption and chlorate formation.
The obtained results showed that EO is a promising process for treating industrial
wastewater. It enables the reduction of the pollutant load and the reuse of the treated
wastewater in a circular economy approach.
A crescente escassez de água e os desafios ambientais gerados por efluentes industriais, juntamente com o aumento populacional projetado pelas Nações Unidas, evidencia ainda mais a necessidade da aplicação de tecnologias para reduzir o consumo de água e tratar adequadamente os efluentes industriais, visando evitar a contaminação dos cursos de água e solos, além de viabilizar a reutilização, fomentando a economia circular. A indústria da produção de azeite e a indústria têxtil são dois exemplos de indústria consumidora intensiva de água e geradora de efluentes com elevada carga poluente. Na indústria da produção de azeite, para produzir 1 kg de azeite extra virgem, são necessários cerca de 3600 L de água, gerando grandes volumes de águas residuais (OMW) altamente poluentes. Na indústria têxtil, o processo de tingimento consome entre 100-180 L de água por kg de fibra processada, originando efluentes com carga poluente elevada e recalcitrante, que é agravada quando o efluente é submetido a processos de tratamento por membranas, originando os concentrados membranares de efluente têxtil (MCTW). Sem tratamento adequado, estes efluentes não podem ser descartados ou reutilizados. Diversas tecnologias de tratamento, incluindo processos biológicos, químicos e de oxidação avançada, têm sido estudadas. Nas últimas décadas, a oxidação eletroquímica (OE) ganhou destaque pela sua elevada eficiência no tratamento de efluentes com propriedades recalcitrantes, sem a necessidade de reagentes adicionais ou produção de lamas. Na sua forma mais simples, a OE ocorre através de dois elétrodos conectados por um circuito externo. O material dos elétrodos pode variar de acordo com as características do efluente e os objetivos do tratamento. No presente estudo, foi aplicada a OE no tratamento de OMW e MCTW. O tratamento do OMW teve como objetivo reduzir a carga orgânica e a toxicidade do efluente, para reutilização em agricultura hidropónica. O tratamento do MCTW visou a geração de espécies reativas de cloro, como o hipoclorito, para reutilização como agente anti-incrustante em processos de membranas da própria indústria têxtil. Os efluentes utilizados foram recolhidos em duas indústrias localizadas em Portugal. No tratamento do OMW, foi utilizado um ânodo de diamante dopado com boro (BDD) e um cátodo de aço inoxidável. A escolha do material de ânodo prendeu-se com a sua elevada eficiência na oxidação da matéria orgânica, reportada na literatura. Os ensaios de tratamento eletroquímico tiveram a duração de 8 horas e foram realizados a três intensidades de corrente distintas, 300, 500 e 700 mA. Resultado das três condições de corrente estudadas, foram obtidos três efluentes tratados, com características diferentes. O consumo energético específico do tratamento variou de acordo com a corrente aplicada, sendo o menor consumo obtido para 300 mA. A remoção da carência química de oxigénio (CQO) foi de, aproximadamente, 83%, 93% e 98% para 300, 500 e 700 mA, respetivamente. O pH dos efluentes tratados resultantes dos processos a 500 e 700 mA apresentaram-se alcalinos, o que não favorece o cultivo hidropónico. No entanto, o índice de biodegradabilidade aumentou consideravelmente para estas correntes. Para os três efluentes tratados, a taxa de adsorção de sódio (SAR) apresentou níves dentro do adequado, mas a condutividade elétrica apresentou valores que poderiam causar danos moderados ao cultivo. Ainda assim, a diluição dos efluentes tratados possibilita a sua reutilização no cultivo hidropónico. Para o tratamento do MCTW, foi utilizado um ânodo de óxidos metálicos mistos (MMO), uma vez que, de acordo com a literatura, este tipo de material favorece a reação de oxidação do cloro e, consequentemente, a produção de espécies reativas de cloro. Foram realizados ensaios de tratamento eletroquímico com duas amostras distintas: MCTW_1, que consiste no concentrado da ultrafiltração, e MCTW_2, que consiste no concentrado da osmose inversa. Para MCTW_1, os ensaios tiveram a duração de 40 horas, com corrente aplicada de 0.5 A durante as primeiras 32 horas e 2.5 A nas 8 horas finais. Para MCTW_2, os ensaios tiveram a duração de 75 horas, com corrente aplicada de 1 A durante as primeiras 40 horas e 0.75 A nas 35 horas finais. O tratamento eletroquímico dos concentrados têxteis resultou na geração de hipoclorito, alcançando 62% da produção teórica máxima de ClO- na amostra MCTW_1 e 54% na amostra MCTW_2. A produção de clorato aumentou com a corrente aplicada, que também resultou no aumento do consumo energético do processo. A remoção de CQO foi de 61% para MCTW_1 e 68% para MCTW_2, mostrando que o processo foi mais eficiente para a segunda amostra, devido à maior carga orgânica inicial. A OE mostrou-se uma técnica promissora para a remoção de compostos orgânicos e produção de efluentes com potencial de reutilização. No caso dos efluentes da indústria de produção de azeite, a corrente de 500 mA foi considerada a mais adequada, de entre as estudadas, para a reutilização do efluente tratado em cultivo hidropónico, embora a sua diluição seja necessária. Para os efluentes têxteis, o tratamento gerou hipoclorito com potencial para reutilização industrial, requerendo o processo otimização para minimizar o consumo energético e a formação de clorato.
A crescente escassez de água e os desafios ambientais gerados por efluentes industriais, juntamente com o aumento populacional projetado pelas Nações Unidas, evidencia ainda mais a necessidade da aplicação de tecnologias para reduzir o consumo de água e tratar adequadamente os efluentes industriais, visando evitar a contaminação dos cursos de água e solos, além de viabilizar a reutilização, fomentando a economia circular. A indústria da produção de azeite e a indústria têxtil são dois exemplos de indústria consumidora intensiva de água e geradora de efluentes com elevada carga poluente. Na indústria da produção de azeite, para produzir 1 kg de azeite extra virgem, são necessários cerca de 3600 L de água, gerando grandes volumes de águas residuais (OMW) altamente poluentes. Na indústria têxtil, o processo de tingimento consome entre 100-180 L de água por kg de fibra processada, originando efluentes com carga poluente elevada e recalcitrante, que é agravada quando o efluente é submetido a processos de tratamento por membranas, originando os concentrados membranares de efluente têxtil (MCTW). Sem tratamento adequado, estes efluentes não podem ser descartados ou reutilizados. Diversas tecnologias de tratamento, incluindo processos biológicos, químicos e de oxidação avançada, têm sido estudadas. Nas últimas décadas, a oxidação eletroquímica (OE) ganhou destaque pela sua elevada eficiência no tratamento de efluentes com propriedades recalcitrantes, sem a necessidade de reagentes adicionais ou produção de lamas. Na sua forma mais simples, a OE ocorre através de dois elétrodos conectados por um circuito externo. O material dos elétrodos pode variar de acordo com as características do efluente e os objetivos do tratamento. No presente estudo, foi aplicada a OE no tratamento de OMW e MCTW. O tratamento do OMW teve como objetivo reduzir a carga orgânica e a toxicidade do efluente, para reutilização em agricultura hidropónica. O tratamento do MCTW visou a geração de espécies reativas de cloro, como o hipoclorito, para reutilização como agente anti-incrustante em processos de membranas da própria indústria têxtil. Os efluentes utilizados foram recolhidos em duas indústrias localizadas em Portugal. No tratamento do OMW, foi utilizado um ânodo de diamante dopado com boro (BDD) e um cátodo de aço inoxidável. A escolha do material de ânodo prendeu-se com a sua elevada eficiência na oxidação da matéria orgânica, reportada na literatura. Os ensaios de tratamento eletroquímico tiveram a duração de 8 horas e foram realizados a três intensidades de corrente distintas, 300, 500 e 700 mA. Resultado das três condições de corrente estudadas, foram obtidos três efluentes tratados, com características diferentes. O consumo energético específico do tratamento variou de acordo com a corrente aplicada, sendo o menor consumo obtido para 300 mA. A remoção da carência química de oxigénio (CQO) foi de, aproximadamente, 83%, 93% e 98% para 300, 500 e 700 mA, respetivamente. O pH dos efluentes tratados resultantes dos processos a 500 e 700 mA apresentaram-se alcalinos, o que não favorece o cultivo hidropónico. No entanto, o índice de biodegradabilidade aumentou consideravelmente para estas correntes. Para os três efluentes tratados, a taxa de adsorção de sódio (SAR) apresentou níves dentro do adequado, mas a condutividade elétrica apresentou valores que poderiam causar danos moderados ao cultivo. Ainda assim, a diluição dos efluentes tratados possibilita a sua reutilização no cultivo hidropónico. Para o tratamento do MCTW, foi utilizado um ânodo de óxidos metálicos mistos (MMO), uma vez que, de acordo com a literatura, este tipo de material favorece a reação de oxidação do cloro e, consequentemente, a produção de espécies reativas de cloro. Foram realizados ensaios de tratamento eletroquímico com duas amostras distintas: MCTW_1, que consiste no concentrado da ultrafiltração, e MCTW_2, que consiste no concentrado da osmose inversa. Para MCTW_1, os ensaios tiveram a duração de 40 horas, com corrente aplicada de 0.5 A durante as primeiras 32 horas e 2.5 A nas 8 horas finais. Para MCTW_2, os ensaios tiveram a duração de 75 horas, com corrente aplicada de 1 A durante as primeiras 40 horas e 0.75 A nas 35 horas finais. O tratamento eletroquímico dos concentrados têxteis resultou na geração de hipoclorito, alcançando 62% da produção teórica máxima de ClO- na amostra MCTW_1 e 54% na amostra MCTW_2. A produção de clorato aumentou com a corrente aplicada, que também resultou no aumento do consumo energético do processo. A remoção de CQO foi de 61% para MCTW_1 e 68% para MCTW_2, mostrando que o processo foi mais eficiente para a segunda amostra, devido à maior carga orgânica inicial. A OE mostrou-se uma técnica promissora para a remoção de compostos orgânicos e produção de efluentes com potencial de reutilização. No caso dos efluentes da indústria de produção de azeite, a corrente de 500 mA foi considerada a mais adequada, de entre as estudadas, para a reutilização do efluente tratado em cultivo hidropónico, embora a sua diluição seja necessária. Para os efluentes têxteis, o tratamento gerou hipoclorito com potencial para reutilização industrial, requerendo o processo otimização para minimizar o consumo energético e a formação de clorato.
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Bdd Cultivo Hidropónico Economia Circular Hipoclorito Mmo