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Título: Degradação de atrazina, rifampicina e 17α-etinilestradiol em água residuária sintética por tratamento anaeróbio em reator tipo UASB combinado com processos avançados de oxidação
Título(s) alternativo(s): Degradation of atrazine, rifampicin and 17α-ethinylestradiol in synthetic wastewater by anaerobic treatment in UASB-type reactor combined with advanced oxidation processes
Autor(es): Silva, Fernando Rodrigues da
Orientador(es): Liz, Marcus Vinicius de
Palavras-chave: Águas residuais - Purificação - Oxidação
Toxicologia ambiental
Poluentes
Testes de toxicidade
Fotoquímica
Sewage - Purification - Oxidation
Environmental toxicology
Pollutants
Testes de toxicidade
Photochemistry
Data do documento: 18-Fev-2020
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SILVA, Fernando Rodrigues da. Degradação de atrazina, rifampicina e 17α-etinilestradiol em água residuária sintética por tratamento anaeróbio em reator tipo UASB combinado com processos avançados de oxidação. 2020. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia Ambiental) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020.
Resumo: Este trabalho teve como objetivo avaliar a degradação de Atrazina (ATZ), Rifampicina (RIF) e 17α-etinilestradiol (EE2) em água residuária sintética por Fotólise UVC e processos avançados de oxidação (AOPs) UVC/H2O2, Fenton e foto-Fenton de modo isolado e, pela primeira vez na literatura, como pós-tratamento de reator tipo UASB com monitoramento ecotoxicológico. Para isso, um reator tipo UASB foi montado em vidro, volume útil de 14L, operado com carga orgânica volumétrica média 2,09 kg DQO m-3d-1 e fortificação média de 390,8 µg L-1 de ATZ, 220,8 µg L-1 de RIF e 120,3 µg L-1 de EE2. Monitorou-se o reator biológico a partir de variáveis físico-químicas e capacidade de remoção dos micropoluentes. O método analítico para determinação desses analitos foi desenvolvido em cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC-DAD-FLD) aliada à pré-concentração de 1.000 vezes por extração em fase sólida (SPE). Os ensaios de degradações por Fotólise UVC e AOPs foram realizados em reator fotoquímico convencional (1.000 mL) em bateladas nos tempos de 30, 60 e 90 min. A fonte de radiação à Fotólise UVC, UVC/H2O2 e foto-Fenton foi realizada através de lâmpada de alta pressão de vapor de mercúrio 125 W imersa nas matrizes. O processo UVC/H2O2 foi conduzido com radiação UVC (bulbo de quartzo) e restabelecimento de H2O2 em 100 mg L-1 a cada 15 minutos, enquanto a radiação para reações foto-Fenton foi UVA-Vis (bulbo de vidro). As degradações Fenton e foto-Fenton foram conduzidas em pH 2,8, 5 mg L-1 de FeSO4•7H2O e 50 mg L-1 de H2O2. A toxicidade aguda foi analisada com Daphnia magna e sementes de Lactuca sativa. O método analítico para determinação dos micropoluentes apresentou linearidade adequada (r² > 0,99) e os níveis de recuperação dos analitos em SPE ficaram entre 70 e 120%. Os limites de detecção dos micropoluentes (HPLC-SPE) foram de 2,8 ng L-1 para ATZ, 3,4 ng L-1 para RIF e 3,1 ng L-1 para EE2. O reator tipo UASB apresentou estabilidade da digestão anaeróbia com remoções médias de 90% de DQOtotal e 80% de DQOsolúvel e, embora não tenha função de tratar micropoluentes, foram verificadas remoções médias de 16,5% de ATZ, 45,9% de RIF e 15,7% de EE2. Os tratamentos isolados por Fotólise UVC e UVC/H2O2 em 90 min e nos pós-tratamentos do efluente do tratamento biológico por UVC/H2O2 e fotoFenton em todos os tempos estudados (30, 60 e 90 min) demonstraram remoções globais dos micropoluentes em níveis superiores ao limite de detecção do método analítico (HPLC-SPE). Embora as matrizes do substrato antes e após reator biológico fossem diferentes (carbonatos, bicarbonatos e matéria orgânica), só foi verificada diferença significativa (α = 0,05) de remoção geral dos analitos no processo Fenton (isolado e combinado). Os tratamentos isolados demonstraram maiores remoções de nitrogênio amoniacal. As maiores remoções de fósforo total foram observadas no pós-tratamento foto-Fenton em 90 minutos e apenas esse tratamento não apresentou efeito tóxico agudo para Daphnia magna e sem efeito ecotoxicológico para sementes de Lactuca sativa. De modo geral, os tratamentos mais indicados para polimento do efluente do reator tipo UASB foram: UASB-foto-Fenton-90min > UASB-UVC/H2O2-60min > UASB-UVC/H2O2-90min.
Abstract: This study aimed to investigate the degradation of Atrazine (ATZ), Rifampicin (RIF) and 17α- ethinylestradiol (EE2) in synthetic wastewater via Photolysis UVC and advanced oxidation processes (AOPs) UVC/H2O2, Fenton and photo-Fenton as isolated and, for the first time in the literature, as UASB type reactor post-treatment with ecotoxicological monitoring. A UASBtype reactor built in glass with 14L of useful volume was operated with an average organic loading rate of 2.09 kg COD m-3d-1 and average spiking of 390.8 µg L-1 of ATZ, 220.8 µg L-1 of RIF and 120.3 µg L-1 of EE2. Physicochemical parameters and micropollutants removal were analyzed to monitor biological reactor. The analytical method to determine these chemicals was developed using high-performance liquid chromatography (HPLC-DAD-FLD) combined with 1,000 times pre-concentration by solid phase extraction (SPE). Degradation tests by Photolysis UVC and AOPs were carried out in a conventional photochemical reactor (1,000 mL) in batches at 30, 60 and 90 min. The radiation source for Photolysis UVC and AOPs was performed through a high-pressure mercury-vapor lamp 125 W immersed into matrices. The UVC/H2O2 process was conducted with UVC radiation (quartz bulb) and H2O2 was reestablished in 100 mg L-1 at every 15 minutes. The radiation for photo-Fenton reactions was UVA-Vis (glass bulb). The Fenton and photo-Fenton degradations were carried out at pH 2.8, 5 mg L-1 of FeSO4•7H2O and 50 mg L-1 of H2O2. Acute toxicity was monitored by Daphnia magna and Lactuca sativa seeds. The analytical method to determine micropollutants showed adequate linearity (r² > 0.99) and SPE recovery levels were between 70 and 120%. Micropollutants limits of detection (HPLC-SPE) were 2.8 ng L-1 for ATZ, 3.4 ng L-1 for RIF and 3.1 ng L-1 for EE2. UASB-type reactor showed stability of anaerobic digestion with average removals of 90% for total COD and 80% soluble COD and, although it has not been designed to treat micropollutants, it removed 16.5% of ATZ, 45.9% of RIF and 15.7% of EE2. Isolated treatments by Photolysis UVC and UVC/H2O2 in 90 min as well as the biological effluent posttreatments via UVC/H2O2 and photo-Fenton at 30, 60 and 90 min demonstrated micropollutants global removals in higher levels than the HPLC-SPE limits of detection. Although the synthetic wastewater matrices before and after the biological treatment were different (carbonates, bicarbonates and organic matter), there was only significant difference (α = 0.05) in the micropollutants global removal via Fenton process (isolated and combined). The isolated treatments showed greater ammoniacal nitrogen removals. The greatest total phosphorus removal was observed in photo-Fenton post-treatment in 90 min and only this treatment did not present acute toxic effect for Daphnia magna and no significative ectotoxicological effect for Lactuca sativa seeds. In general, the most suitable treatments for polishing the type-UASB effluent were: UASB-foto-Fenton 90min > UASB-UVC/H2O2-60min > UASBUVC/H2O2-90min.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28958
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