7/24/2019 Aplicao de Processos Oxidativos Avanados em Efluente
de Soro de Leite Tratado por Nanofiltrao
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Aplicao de Processos Oxidativos Avanados em Efluente de Sorode
Leite Tratado por Nanofiltrao
P. R. A. Mendes, L. F. F. Faria . (1) Escola de Engenharia de
Lorena/USPCampus I, Estrada Municipal doCampinho s/n, Lorena/SP,
Brasil, [email protected]
This work proposes an alternative to the treatment of
nanofiltratedwhey for the reduction of organic contaminants,
applyingAdvanced Oxidation Processes in the presence of
Fenton'sreagent. The control variables investigated were
H2O2concentration between 176 and 530 mM, molar ratio of
H2O2/Fe
2+
between 10 and 60 and UV radiation between zero and 250 W.For
this, was used a full factorial experimental planning. Theresults
were evaluated in relation TOC (total organic carbon) andCOD
(Chemical Oxygen Demand) reductions. The best results inthe absence
of radiation were obtained in high levels of H 2O2andlow ratio
H2O2/Fe
2+, with reductions of 29.9% and 40.3% of TOC
and COD, respectively. In evidence, the best results
wereobtained using higher radiation power, in addition to the
H2O2concentration and ratio H2O2/Fe
2+ both at high levels, resulting
TOC and COD reduction of 77.0% and 48.9%, respectively.
IntroduoO soro de leite pode ser obtido em escala de
laboratrio ou industrial por trs processosprincipais: coagulao
enzimtica da casenagerando o soro doce (pH 6-7); precipitao cidada
casena no ponto isoeltrico (4,6) obtendo osoro cido(pH
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ambiente (25C) em um fotorreator encamisado de3 litros, com poo
anular em quartzo como sede dafonte de radiao UV (Graphical
Abstract) e banhoultratermostatizado. A homogeneizao do sistemafoi
garantida pela recirculao do soro por meio debomba de
recirculao.
O Planejamento Experimental usado foi do tipo
Fatorial Completo 23com triplicata no ponto central,totalizando
11 experimentos. As variveis decontrole e seus respectivos nveis so
mostradosna Tabela 1. As variveis de resposta foramredues de
Carbono Orgnico Total (COT) e deDemanda Qumica de Oxignio
(DQO).
Tabela 1.Variveis de controle e seus respectivos nveis.
Variveis de Controle -1 0 +1
H2O2(mM) 176 353 530
Razo (H2O2/Fe2+
) 10 35 60
Radiao UV Sem 125 W 250 W
O H2O2 foi adicionado gradativamente em umintervalo de 30
minutos. Foram retiradas amostrasa cada 15 minutos, a fim de
monitorar oesgotamento total do H2O2em um tempo de reaode 2
horas.
Resultados e DiscussoO soro de leite nanofiltrado foi
caracterizado e os
resultados mostrados na Tabela 2. A seguir foramrealizados os
experimentos de acordo com oplanejamento e os resultados obtidos
somostrados na Tabela 3.
Tabela 2.Caracterizao do soro de leite nanofiltrado.
Parmetro ValorespH 6,58
Condutividade (mS/cm) 4,76
DQO (mg/L) 2310
COT (mg/L) 534
DBO (mg/L) 570
Turbidez (NTU) 0,05
Slidos totais (mg/L) 4835
Slidos dissolvidos (mg/L) 4835
Lactose (g/L) 1,21
Sdio (mg/L) 1,08
Potssio (mg/L) 0,59Clcio (mg/L) 16
Fsforo (mg/L) 60
Magnsio (mg/L) 5
Para avaliar o nvel de influncia das variveis decontrole os
resultados obtidos foram tratadosestatisticamente a um nvel de
significncia de 95%com auxlio do software Minitab
. Como resultados
foram obtidos o diagrama de Pareto, os grficos deefeitos
principais e de Interao entre as variveisde Controle para as
variveis de respostaavaliadas, conforme mostra as Figuras 1 a
4.
Analisando os diagramas de Pareto (Figuras 1 e2) possvel
observar que todas as variveis decontrole apresentaram significncia
estatstica para
ambas as variveis de resposta, inclusive asinteraes de 2 e 3
ordem, pois com o teste t deStudent os valores de t calculados
foram todossuperiores ao valor tabelado (4,30).
Tabela 3.Matriz experimental e resultados dos POAs.
Exp
H2O2
(mM)
Razo
H2O2/Fe2+
Rad.
UV
Reduo
COT (%)
Reduo
DQO (%)
1 -1 -1 -1 -4,9 37,3
2 +1 -1 -1 29,9 40,3
3 -1 +1 -1 -61,0 14,7
4 +1 +1 -1 18,8 39,2
5 -1 -1 +1 61,2 45,6
6 +1 -1 +1 51,7 45,9
7 -1 +1 +1 8,69 40,3
8 +1 +1 +1 77,0 48,9
9 0 0 0 61,5 43,4
10 0 0 0 60,7 43,211 0 0 0 61,7 44,7
Figura 1. Diagrama de Pareto para COT.
Figura 2. Diagrama de Pareto para DQO.
A fonte de radiao mostrou-se como a varivelmais influente, para
ambas as variveis deresposta (Figuras 1 e 2). Provavelmente
istoacontece devido ocorrncia de regenerao dosons Fe
3+gerados a partir da reao de Fenton em
Fe2+
, estimulada pela energia da radiao. Esteefeito propicia uma
gerao mais intensa dosradicais hidroxila devido a efeitos cinticos
mais
favorveis de formao destes radicais. Aconcentrao de H2O2 e razo
entre H2O2/Fe
2+
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tambm foram significativas, para ambas asrespostas
analisadas.
No nvel mais elevado de H2O2foram obtidos osmelhores resultados
de reduo de COT (Figura 3)e analisando as interaes com a razo
H2O2/Fe
2+
(Figura 4), observa-se que a presena de menorquantidade de
Fe
2+ influenciou positivamente a
reduo de COT, sendo ainda ligeiramente superiorquando comparado
com o uso de elevadasconcentraes de Fe
2+. Quando a interao do teor
de H2O2 com a radiao UV possvel observarque a maior potncia da
lmpada (250 W) foisensivelmente superior quanto reduo de COT(Figura
4). Neste contexto foram observadas asmesmas tendncias para os
efeitos principais e deinterao das variveis de controle para a
reduode DQO.
Figura 3. Efeitos principais das variveis de controle parareduo
de COT.
Figura 4. Efeitos de Interao das variveis de controlepara reduo
de COT.
Para os experimentos sem radiao os melhoresresultados obtidos
foram aqueles que empregaramas maiores quantidades de Fe
2+, ou seja, razo
H2O2/Fe2+
baixa, pois no havendo regeneraodos ons Fe
2+, uma maior concentrao inicial de
Fe2+
favorece a degradao (Figura 4). No entanto,quando utilizada
fonte de radiao, as maioresredues de COT foram atingidas com uma
razoH2O2/Fe2+maior, ou seja, as menores quantidadesde Fe
2+. Cabe ressaltar que, a presena de
elevados teores de Fe2+
tornaram o meio maisturvo, consequentemente, dificultando a
penetraoda radiao no meio reacional.
Assim sendo, os melhores valores obtidos dereduo de COT para o
planejamento fatorialestudado foram de 77,0 % (exp. 8), para
aquelesque empregaram a radiao, e 29,9 % (exp. 2),quando a radiao
UV no foi utilizada. Parareduo de DQO, os melhores
resultadosencontrados foram de 48,9 % (exp. 8) e 40,3 %(exp. 2),
mostrando que ambas as variveis de
resposta tendem a conduzir a uma mesmacondio de otimizao.
ConclusesOs resultados obtidos demonstraram que a presena da
radiao UV possibilitou as maiores redues
para ambas s respostas (redues de COT e DQO) quando comparado ao
sistema que no utilizou aradiao (Experimentos 2 e 8).
Com relao concentrao de H2O2, a anlise estatstica sugere o
emprego no nvel alto (530 mM) paraobteno dos maiores valores de
reduo de COT e DQO, independente dos nveis das outras variveis
decontrole.
A quantidade de Fe2+
a ser utilizada apresentou maior dependncia com o nvel de radiao
empregada.Neste sentido, os maiores valores de reduo das variveis
de resposta na ausncia de radiao UVocorreram na menor razo
H2O2/Fe
2+ (mais ons ferrosos), por outro lado, na presena de radiao,
as
maiores remoes ocorreram com razo H2O2/Fe2+
maior (menos ons ferrosos).
Assim sendo, pode ser sugerido para otimizao dos resultados, o
emprego de radiao mais potente,maiores concentraes de H2O2 e um
estreitamento da razo H2O2/Fe
2+.
AgradecimentosA empresa Danubio (Dan Vigor Indstria e Comrcio de
Laticnios Ltda.), em especial ao Sr. Andr Luiz Valle de
Oliveira.
Refernc ias[1] F. Carvalho, A. R. Prazeres, J. Rivas, Science of
the Total Environment, 445-446 (2013), 385-396.[2] A. Macedo, E.
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