This study determined the potential feasibility of surface catalyzed Fenton treatment to remediate soil and groundwater contaminated with bis(2-chloroethyl ether (BCEE), bis(2-chloroethoxy) methane (BCEM), and 1,2-dichloroethane (1,2-DCA) among other contaminants. Parameters that affect the contaminant loss rate such as pH, hydrogen peroxide concentration and solid/water ratio were systematically evaluated. Batch reactors were set-up utilizing either contaminated or uncontaminated soil that was mixed with synthetic groundwater containing the contaminants of interest. The results show an increase in contaminant reduction with a decrease in pH, an increase in hydrogen peroxide concentration, or an increase in the solid/water ratio. For the same set of conditions, contaminant reduction was greater for systems utilizing contaminated soil as compared to the systems containing uncontaminated soil. In addition, specific oxygen uptake rates were measured for an activated sludge exposed to different dilutions of untreated and surface catalyzed Fenton treated water to evaluate whether the residual BCEE, BCEM, and 1,2 DCA as well as their oxidation by products were potentially inhibitory or can potentially serve as a substrate for the activated sludge. The measured specific oxygen uptake rates show that the surface catalyzed Fenton treatment enhanced the biodegradability of the contaminated groundwater and served as a substrate for the activated sludge. / Master of Science

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Estágio realizado na Universidade de Granada e orientado pelo Prof. Maldonado-Hódar / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 207-225).

A disposição ambientalmente adequada dos resíduos sólidos em aterros sanitários requer atenção ao tratamento do lixiviado gerado, que atualmente representa um desafio aos engenheiros, técnicos e pesquisadores da área. Esse trabalho avalia a tratabilidade do lixiviado pelo processo oxidativo avançado Reagente de Fenton, seguido por tratamento consorciado com esgoto sanitário em biofiltro aerado submerso. Os ensaios com Reagente de Fenton foram realizados em escala de bancada, com tempo de duração de 70 min por batelada; constatou-se que a razão mássica mais eficiente em termos de remoção de DQO do lixiviado bruto foi de 2:1 (H2O2:Fe II). Os resultados mostraram que esse tratamento reduziu, em média, 62% da DQO do lixiviado bruto. Entretanto, houve acréscimo do teor de sólidos no efluente e formação de lodo. Quanto ao tratamento consorciado com esgoto sanitário, foram utilizados dois biofiltros aerados submersos - reator controle (R1) e reator R2, que recebia 2% de lixiviado tratado por reagente de Fenton - com vazões de 330 mL/h e 450 mL/h, respectivamente, ambos com tempo de detenção hidráulica de 12 h. No período monitorado e considerando as eficiências médias de remoção de DQO de 75% e 70% e de DBO de 95% e 88% nos reatores R1 e R2, respectivamente, não foi possível concluir se houve tratamento do lixiviado ou apenas diluição. Entretanto, foi observado que a adição de lixiviado comprometeu a eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de COD, no biofiltro R2. / The environmentally sound disposal of solid waste in landfills requires attention to the treatment of the leachate generated, which currently represents a challenge to the engineers, technicians and researchers. This research assesses the treatability of leachate by advanced oxidation process Fenton\'s reagent, followed by combined treatment with sewage submerged aerated biofilters. Assays with Fenton\'s reagent were performed in a bench scale, with a duration of 70 min per batch, it was found that the most efficient weight ratio in terms of COD removal of crude leachate was 2:1 (H2O2:Fe II). Results shows that treatment decreased on average 62% of the COD of the crude leachate. However, there was an increase of solids in the effluent and sludge formation. As for combination with sewage treatment, two submerged aerated biofilters were used - control reactor (R1) and R2 reactor, which received 2% of treated leachate by Fenton\'s reagent - with flows of 330 mL/h and 450 mL/h, respectively, both with a hydraulic retention time of 12 h. In the monitored period and considering the average COD removal efficiencies of 75% and 70% of BOD and 95% and 88% in the reactors R1 and R2, respectively, it was not possible to conclude whether there was treatment of leachate or just dilution. However, it was observed that the addition of leachate compromised the efficiency of removal of organic material in the form of COD in the biofilter R2.

Devido à alta toxicidade, a produção e comercialização dos PCBs (Polychlorinated Biphenyls - Bifenilas Policloradas) estão proibidas no mundo todo. Esses compostos foram utilizados principalmente como base de misturas comerciais em óleos dielétricos para transformadores e capacitores. Hoje existem diversas áreas contaminadas com essas substâncias que são de difícil degradação ocasionada pela sua elevada estabilidade térmica e química. Há diversos estudos sobre diferentes técnicas de tratamento de áreas contaminadas por PCBs. A técnica proposta nesse trabalho foi a de oxidação química através do reagente de Fenton. Para isso, foi simulado em laboratório experimentos de tratamento de solo contaminados artificialmente por ascarel (mistura comercial de PCBs). A oxidação foi realizada segundo a técnica do planejamento experimental fatorial de dois níveis e duas variáveis. Manteve-se constante a concentração do contaminante - em torno de 6000 mg de PCB/ kg de solo - e variou-se a concentração de Fe2+ (0,04 a 0,1 mol/L) e H2O2 (2,07 a 4,15 mol/L). Os ensaios foram realizados ainda nos seguintes tempos de reação: 0, 5, 24 e 48 horas. A análise dos dados foi realizada através de cromatografia gasosa acoplada a um espectrômetro de massa - GC/MS. Dos resultados, concluiu-se que o experimento cuja concentração do reagente de Fenton era 4,15 mol/L de H2O2 e 0,04 mol/L de Fe2+, apresentou melhor percentual de remoção, em torno de 76% para o pentaclorobifenila, 67% para o hexaclorobifenila e 72% para o heptaclorobifenila. Além disso, observou-se que, dentro da região experimental estudada, o efeito da concentração de íons ferrosos foi mais significativo do que o causado pela concentração de peróxido de hidrogênio e que o mesmo tem um efeito negativo pois aumentando a concentração dos íons ferrosos diminui-se a remoção dos contaminantes. / Production and trading of polychlorinated biphenyls (PCBs) are prohibited at whole world due to their high toxicity. They were used mainly as dielectric oils for transformers and capacitors. Recently there are many contaminated areas with these compounds. The high thermic and chemistry stability of PCBs are responsible for their hard degradation. Many studies have been conducted about several techniques of soil remediation. The main purpose of this research is to study chemical oxidation using Fenton\'s reagent to soils treatment. It was simulated in laboratory experiments of soil treatment which was artificially contaminated with Ascarel (PCBs commercial mixture). Process oxidation was made according to factorial experimental planning technique of two levels and two variables (22). The contaminant concentration was constant - 6000 mg PCB/ kg soil - and it was varied the Fe2+ concentration (0,04 mol/L to 0,10 mol/L) and H2O2 concentration (2,07 mol/L to 4,15 mol/L). The times reaction of experiments were: 0, 5, 24 and 48 hours. It was used gas chromatography coupled with mass spectrometer - GC/MS. The better result shown removal rate of 76% to pentachlorobiphenyl, 67% to hexachlorobiphenyl and 72% to heptachlorobiphenyl, experimental conditions were Fe2+ concentration of 0,04 mol/L and H2O2 concentration of 4,15 mol/L. Besides it was observed that studied region the concentration effect of ferrous ions was more significant than concentration effect of hydrogen peroxide. The concentration effect of ferrous ions was negative on system because removal rate of contaminants decreases when [Fe2+] increases.

A disposição ambientalmente adequada dos resíduos sólidos em aterros sanitários requer atenção ao tratamento do lixiviado gerado, que atualmente representa um desafio aos engenheiros, técnicos e pesquisadores da área. Esse trabalho avalia a tratabilidade do lixiviado pelo processo oxidativo avançado Reagente de Fenton, seguido por tratamento consorciado com esgoto sanitário em biofiltro aerado submerso. Os ensaios com Reagente de Fenton foram realizados em escala de bancada, com tempo de duração de 70 min por batelada; constatou-se que a razão mássica mais eficiente em termos de remoção de DQO do lixiviado bruto foi de 2:1 (H2O2:Fe II). Os resultados mostraram que esse tratamento reduziu, em média, 62% da DQO do lixiviado bruto. Entretanto, houve acréscimo do teor de sólidos no efluente e formação de lodo. Quanto ao tratamento consorciado com esgoto sanitário, foram utilizados dois biofiltros aerados submersos - reator controle (R1) e reator R2, que recebia 2% de lixiviado tratado por reagente de Fenton - com vazões de 330 mL/h e 450 mL/h, respectivamente, ambos com tempo de detenção hidráulica de 12 h. No período monitorado e considerando as eficiências médias de remoção de DQO de 75% e 70% e de DBO de 95% e 88% nos reatores R1 e R2, respectivamente, não foi possível concluir se houve tratamento do lixiviado ou apenas diluição. Entretanto, foi observado que a adição de lixiviado comprometeu a eficiência de remoção de matéria orgânica na forma de COD, no biofiltro R2. / The environmentally sound disposal of solid waste in landfills requires attention to the treatment of the leachate generated, which currently represents a challenge to the engineers, technicians and researchers. This research assesses the treatability of leachate by advanced oxidation process Fenton\'s reagent, followed by combined treatment with sewage submerged aerated biofilters. Assays with Fenton\'s reagent were performed in a bench scale, with a duration of 70 min per batch, it was found that the most efficient weight ratio in terms of COD removal of crude leachate was 2:1 (H2O2:Fe II). Results shows that treatment decreased on average 62% of the COD of the crude leachate. However, there was an increase of solids in the effluent and sludge formation. As for combination with sewage treatment, two submerged aerated biofilters were used - control reactor (R1) and R2 reactor, which received 2% of treated leachate by Fenton\'s reagent - with flows of 330 mL/h and 450 mL/h, respectively, both with a hydraulic retention time of 12 h. In the monitored period and considering the average COD removal efficiencies of 75% and 70% of BOD and 95% and 88% in the reactors R1 and R2, respectively, it was not possible to conclude whether there was treatment of leachate or just dilution. However, it was observed that the addition of leachate compromised the efficiency of removal of organic material in the form of COD in the biofilter R2.

Devido à alta toxicidade, a produção e comercialização dos PCBs (Polychlorinated Biphenyls - Bifenilas Policloradas) estão proibidas no mundo todo. Esses compostos foram utilizados principalmente como base de misturas comerciais em óleos dielétricos para transformadores e capacitores. Hoje existem diversas áreas contaminadas com essas substâncias que são de difícil degradação ocasionada pela sua elevada estabilidade térmica e química. Há diversos estudos sobre diferentes técnicas de tratamento de áreas contaminadas por PCBs. A técnica proposta nesse trabalho foi a de oxidação química através do reagente de Fenton. Para isso, foi simulado em laboratório experimentos de tratamento de solo contaminados artificialmente por ascarel (mistura comercial de PCBs). A oxidação foi realizada segundo a técnica do planejamento experimental fatorial de dois níveis e duas variáveis. Manteve-se constante a concentração do contaminante - em torno de 6000 mg de PCB/ kg de solo - e variou-se a concentração de Fe2+ (0,04 a 0,1 mol/L) e H2O2 (2,07 a 4,15 mol/L). Os ensaios foram realizados ainda nos seguintes tempos de reação: 0, 5, 24 e 48 horas. A análise dos dados foi realizada através de cromatografia gasosa acoplada a um espectrômetro de massa - GC/MS. Dos resultados, concluiu-se que o experimento cuja concentração do reagente de Fenton era 4,15 mol/L de H2O2 e 0,04 mol/L de Fe2+, apresentou melhor percentual de remoção, em torno de 76% para o pentaclorobifenila, 67% para o hexaclorobifenila e 72% para o heptaclorobifenila. Além disso, observou-se que, dentro da região experimental estudada, o efeito da concentração de íons ferrosos foi mais significativo do que o causado pela concentração de peróxido de hidrogênio e que o mesmo tem um efeito negativo pois aumentando a concentração dos íons ferrosos diminui-se a remoção dos contaminantes. / Production and trading of polychlorinated biphenyls (PCBs) are prohibited at whole world due to their high toxicity. They were used mainly as dielectric oils for transformers and capacitors. Recently there are many contaminated areas with these compounds. The high thermic and chemistry stability of PCBs are responsible for their hard degradation. Many studies have been conducted about several techniques of soil remediation. The main purpose of this research is to study chemical oxidation using Fenton\'s reagent to soils treatment. It was simulated in laboratory experiments of soil treatment which was artificially contaminated with Ascarel (PCBs commercial mixture). Process oxidation was made according to factorial experimental planning technique of two levels and two variables (22). The contaminant concentration was constant - 6000 mg PCB/ kg soil - and it was varied the Fe2+ concentration (0,04 mol/L to 0,10 mol/L) and H2O2 concentration (2,07 mol/L to 4,15 mol/L). The times reaction of experiments were: 0, 5, 24 and 48 hours. It was used gas chromatography coupled with mass spectrometer - GC/MS. The better result shown removal rate of 76% to pentachlorobiphenyl, 67% to hexachlorobiphenyl and 72% to heptachlorobiphenyl, experimental conditions were Fe2+ concentration of 0,04 mol/L and H2O2 concentration of 4,15 mol/L. Besides it was observed that studied region the concentration effect of ferrous ions was more significant than concentration effect of hydrogen peroxide. The concentration effect of ferrous ions was negative on system because removal rate of contaminants decreases when [Fe2+] increases.

Por meio das mudanças de paradigmas relacionados à gestão ambiental e elevação dos custos de lançamento de efluente, captação e tratamento de água, as indústrias passam por processos de inovação que resultam em melhor utilização dos recursos e maior diminuição dos custos. Além disso, as empresas estão sujeitas a maiores exigências quanto à legislação ambiental vigente impulsionando-as a implantar sistemas de reúso de efluentes. Apesar de representar uma importante atividade econômica, a indústria de laticínios é responsável pela geração de efluentes líquidos com alto potencial poluidor. O presente trabalho teve como objetivo a redução de contaminantes e melhoria da biodegradabilidade de efluentes de laticínios utilizando tratamentos combinados, em destaque, coagulação/floculação, processos com membranas e oxidação/redução química fotocatalítica. Os efluentes foram provenientes de uma indústria da região, oriundos da etapa de nanofiltração do soro ultrafiltrado. Eles foram divididos em duas correntes, denominadas de concentrado de nanofiltração (corrente 1) e permeado de nanofiltração (corrente 2). Para o tratamento da corrente 1 foi proposto inicialmente coagulação/floculação utilizando diferentes agentes coagulantes naturais (quitosana, derivado de tanino e extrato de moringa), seguido do uso de processos com membranas do tipo microfiltração (0,40 ?m em polieterimida) e ultrafiltração (50 kDa em polietersulfona). Para a corrente 2 foi proposto a utilização de Processos Oxidativos e Redutivos Avançados. Em todas as etapas foi utilizada a Metodologia da Superfície de Resposta para identificação das condições otimizadas. Para o tratamento de coagulação/floculação da corrente 1 foram avaliadas as influências do pH, dos coagulantes naturais e da agitação sobre as variáveis resposta reduções de carbono orgânico total (COT), demanda química de oxigênio (DQO) e turbidez. Na condição indicada como ótima foram alcançadas reduções de 18,3% de COT, 12,7% de DQO e 19,6% de turbidez. A partir da condição otimizada a corrente 1 foi submetida aos processos com membranas, sendo selecionada a microfiltração como melhor tratamento. O uso dessas membranas possibilitou reduções de 1,25% em COT, 5,21% em DQO e 87,4% em turbidez. A combinação destas tecnologias possibilitou a eliminação de 20,1%, 18,0%, 89,8% em COT, DQO e turbidez, respectivamente. Para o tratamento da corrente 2 foram utilizados diferentes tipos de processos oxidativos avançados sendo eles, foto-Fenton (íons ferrosos) e foto-Fenton avançado (uso de ferro metálico). Nestes casos foram avaliadas a influência das concentrações de peróxido de hidrogênio e íon ferroso e ferro metálico considerando como variáveis resposta reduções de COT e DQO. Os resultados otimizados obtidos para o POA foto-Fenton permitiram reduções de 89,9% em COT e 50,8% em DQO, enquanto os resultados otimizados para POA foto-Fenton avançado foram reduções de 74,9% de COT e 41,0% de DQO. / Through the paradigm changes related to environmental management and rising costs of effluent discharge, water abstraction and treatment, industries undergo innovation processes that result in better use of resources and greater reduction in costs. Moreover, companies are submitted to greater requirements regarding environmental regulations driving them to deploy reuse of wastewater systems. Despite representing an important economic activity, the dairy industry is responsible for producing wastewater with high pollution potential. The present work was carried out in order to reduce contaminants and improve the biodegradability of dairy effluent by using an hybrid wastewater treatment based on coagulation/flocculation, membrane process and photocatalytic chemical oxidation/reduction. The effluents came from a regional industry and originating from the nanofiltration step of an ultrafiltrate whey. They were divided into two streams, called nanofiltration concentrate (stream 1) and nanofiltration permeate (stream 2). For the treatment of stream 1 was initially proposed coagulation/flocculation using different natural coagulant agents (chitosan, derivative tannin and moringa extract), followed by membrane processes type of microfiltration (0.40 ?m in polyetherimide) and ultrafiltration (50 kDa in polyethersulfone). For the stream 2 Advanced Oxidation and Reductive Processes were performed. In all steps of the work Response Surface Methodology was used to identify the optimum conditions. For the coagulation/flocculation treatment, the influence of the pH, natural coagulants and agitation were evaluated on the response variables total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD) and turbidity reductions. The optimized results reduced of 18.3% TOC, 12.7% COD and 19.6% turbidity. From the indicated condition stream 1 was submitted to membrane processes, being selected the microfiltration as the best treatment. The use of theses membranes provided 1.25% TOC, 5.21% COD and 87.4% turbidity reductions. The combination of these technologies has enabled the elimination of 20.1%, 18.0%, 89.8% in TOC, COD and turbidity, respectively. For the treatment of the stream 2 different types of Advanced Oxidation Processes were used being them, photo-Fenton (ferrous ions) and advanced photo-Fenton (metallic iron). In this cases the influence of the hydrogen peroxide, ferrous ion and metallic iron concentrations were evaluated, considering as response variables TOC and COD reductions. The optimized results for the photo-Fenton AOP allowed 89.9% TOC and 50.8% COD reductions, while the results optimized for advanced photo-Fenton AOP were 74.9% TOC and 41.0% COD reductions.

Por meio das mudanças de paradigmas relacionados à gestão ambiental e elevação dos custos de lançamento de efluente, captação e tratamento de água, as indústrias passam por processos de inovação que resultam em melhor utilização dos recursos e maior diminuição dos custos. Além disso, as empresas estão sujeitas a maiores exigências quanto à legislação ambiental vigente impulsionando-as a implantar sistemas de reúso de efluentes. Apesar de representar uma importante atividade econômica, a indústria de laticínios é responsável pela geração de efluentes líquidos com alto potencial poluidor. O presente trabalho teve como objetivo a redução de contaminantes e melhoria da biodegradabilidade de efluentes de laticínios utilizando tratamentos combinados, em destaque, coagulação/floculação, processos com membranas e oxidação/redução química fotocatalítica. Os efluentes foram provenientes de uma indústria da região, oriundos da etapa de nanofiltração do soro ultrafiltrado. Eles foram divididos em duas correntes, denominadas de concentrado de nanofiltração (corrente 1) e permeado de nanofiltração (corrente 2). Para o tratamento da corrente 1 foi proposto inicialmente coagulação/floculação utilizando diferentes agentes coagulantes naturais (quitosana, derivado de tanino e extrato de moringa), seguido do uso de processos com membranas do tipo microfiltração (0,40 ?m em polieterimida) e ultrafiltração (50 kDa em polietersulfona). Para a corrente 2 foi proposto a utilização de Processos Oxidativos e Redutivos Avançados. Em todas as etapas foi utilizada a Metodologia da Superfície de Resposta para identificação das condições otimizadas. Para o tratamento de coagulação/floculação da corrente 1 foram avaliadas as influências do pH, dos coagulantes naturais e da agitação sobre as variáveis resposta reduções de carbono orgânico total (COT), demanda química de oxigênio (DQO) e turbidez. Na condição indicada como ótima foram alcançadas reduções de 18,3% de COT, 12,7% de DQO e 19,6% de turbidez. A partir da condição otimizada a corrente 1 foi submetida aos processos com membranas, sendo selecionada a microfiltração como melhor tratamento. O uso dessas membranas possibilitou reduções de 1,25% em COT, 5,21% em DQO e 87,4% em turbidez. A combinação destas tecnologias possibilitou a eliminação de 20,1%, 18,0%, 89,8% em COT, DQO e turbidez, respectivamente. Para o tratamento da corrente 2 foram utilizados diferentes tipos de processos oxidativos avançados sendo eles, foto-Fenton (íons ferrosos) e foto-Fenton avançado (uso de ferro metálico). Nestes casos foram avaliadas a influência das concentrações de peróxido de hidrogênio e íon ferroso e ferro metálico considerando como variáveis resposta reduções de COT e DQO. Os resultados otimizados obtidos para o POA foto-Fenton permitiram reduções de 89,9% em COT e 50,8% em DQO, enquanto os resultados otimizados para POA foto-Fenton avançado foram reduções de 74,9% de COT e 41,0% de DQO. / Through the paradigm changes related to environmental management and rising costs of effluent discharge, water abstraction and treatment, industries undergo innovation processes that result in better use of resources and greater reduction in costs. Moreover, companies are submitted to greater requirements regarding environmental regulations driving them to deploy reuse of wastewater systems. Despite representing an important economic activity, the dairy industry is responsible for producing wastewater with high pollution potential. The present work was carried out in order to reduce contaminants and improve the biodegradability of dairy effluent by using an hybrid wastewater treatment based on coagulation/flocculation, membrane process and photocatalytic chemical oxidation/reduction. The effluents came from a regional industry and originating from the nanofiltration step of an ultrafiltrate whey. They were divided into two streams, called nanofiltration concentrate (stream 1) and nanofiltration permeate (stream 2). For the treatment of stream 1 was initially proposed coagulation/flocculation using different natural coagulant agents (chitosan, derivative tannin and moringa extract), followed by membrane processes type of microfiltration (0.40 ?m in polyetherimide) and ultrafiltration (50 kDa in polyethersulfone). For the stream 2 Advanced Oxidation and Reductive Processes were performed. In all steps of the work Response Surface Methodology was used to identify the optimum conditions. For the coagulation/flocculation treatment, the influence of the pH, natural coagulants and agitation were evaluated on the response variables total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD) and turbidity reductions. The optimized results reduced of 18.3% TOC, 12.7% COD and 19.6% turbidity. From the indicated condition stream 1 was submitted to membrane processes, being selected the microfiltration as the best treatment. The use of theses membranes provided 1.25% TOC, 5.21% COD and 87.4% turbidity reductions. The combination of these technologies has enabled the elimination of 20.1%, 18.0%, 89.8% in TOC, COD and turbidity, respectively. For the treatment of the stream 2 different types of Advanced Oxidation Processes were used being them, photo-Fenton (ferrous ions) and advanced photo-Fenton (metallic iron). In this cases the influence of the hydrogen peroxide, ferrous ion and metallic iron concentrations were evaluated, considering as response variables TOC and COD reductions. The optimized results for the photo-Fenton AOP allowed 89.9% TOC and 50.8% COD reductions, while the results optimized for advanced photo-Fenton AOP were 74.9% TOC and 41.0% COD reductions.