Decomposição fotocatalítica de efluente de celulose e papel

Abstract

RESUMO: A indústria de celulose e papel apresenta um efluente com uma elevada carga orgânica e alta coloração. Os tratamentos convencionais são eficientes para redução de DQO e DBO do efluente, mas mesmo após tratamento biológico, o efluente apresenta uma elevada coloração. Muitas indústrias já estão utilizando técnicas de tratamento terciário de efluentes, como a ultrafiltração. Uma outra alternativa é a fotocatálise. O presente trabalho teve como objetivo o estudo da degradação fotocatalítica de efluente de uma indústria integrada de produção de celulose e papel após o tratamento biológico. Como catalisadores foram utilizados: TiO2, Nb2O5 e ZnO calcinados a 500, 700 e 1000oC; TiO2 sintetizado pela metodologia sol gel, em suspensão e suportado em esferas de vidro ou zeólita NaX, e TiO2, ZnO e Nb2O5 impregnados com ferro e prata. Os catalisadores foram caracterizados por DRX, MEV, espectroscopia fotoacústica, DTP/NH3 e análise textural. As caracterizações permitiram explicar os resultados do desempenho dos catalisadores. A temperatura de calcinação alterou a área superficial dos catalisadores, e levou à mudança de fase cristalina do dióxido de titânio quando calcinado a 1000ºC. A impregnação de Ag2O e Fe2O3 nos catalisadores acarretou num aumento da área superficial em quase todos os óxidos, só não ocorrendo para o Ag2O/Nb2O5. A dopagem com os óxidos de ferro e prata também levou a uma diminuição da energia de "band gap" dos catalisadores em relação aos óxidos semicondutores puros. Testes preliminares com objetivo de avaliar a influência da radiação e calcinação no processo foram realizados em reator batelada e a reação foi acompanhada pela redução da concentração de lignina/clorolignina. Verificou-se que a melhor temperatura de calcinação foi de 500 ºC e a potência de 250 W com radiação UV. Com as condições de calcinação e potência do sistema reacional otimizadas, foi avaliado o desempenho dos catalisadores com e sem impregnação, sob radiação 250W, visível ou UV. O desempenho dos catalisadores foi acompanhado através da redução de DQO e cor do efluente. Foi observado que o Ag2O/ZnO apresentou a melhor atividade para redução de DQO sob radiação visível e para a cor, ZnO sob radiação UV foi a melhor condição. Para avaliar a eficiência dos catalisadores sintetizados pelo método sol-gel, TiO2, TiO2/vidro e TiO2/NaX, foi escolhida a radiação UV, 250W, já que esta foi mais efetiva para o dióxido de titânio comercial. Verificou-se que o dióxido de titânio em suspensão teve um melhor desempenho que os suportados. Para a avaliação do efeito da homogeneização do meio reacional, foram realizados testes com o dióxido de titânio, sob irradiação UV e visível, em um reator batelada com 100% de reciclo. Observou-se que a melhoria da mistura levou a uma maior degradação do efluente quando comparado ao teste sem reciclo. Os catalisadores reduziram parcialmente a carga orgânica e a cor real do efluente, abaixo das especificações de lançamento em rios, podendo ser uma alternativa para o polimento do efluente

ABSTRACT: The pulp and paper industry presents an effluent with a high organic load and high color. Conventional treatments are effective to reduce COD and BOD of the effluent, but even after biological treatment, the effluent is highly colored. Many industries are already using techniques of tertiary wastewater treatment, as ultrafiltration. Another alternative is photocatalysis. The present work aimed to study the photocatalytic degradation of the effluent from an integrated pulp and paper industry after the biological treatment. The catalysts used were: TiO2, Nb2O5, ZnO calcined at 500, 700 and 1000 oC; TiO2 synthesized by sol-gel methodology, suspended and supported on glass beads or NaX zeolite and TiO2, ZnO and Nb2O5 impregnated with iron and silver oxides. The catalysts were characterized by XRD, SEM, photoacoustic spectroscopy, TPD/NH3 and textural analysis. It was found that the calcination temperature changed the surface area of the catalysts, and led to the change of crystalline phase of titanium dioxide when calcined at 1000 °C. The impregnation of Ag2O and Fe2O3 on the catalyst resulted in an increase in surface area in all oxides but not to Ag2O/Nb2O5. Doping with iron and silver oxides also led to a decrease in energy band gap of the catalysts with respect to oxide semiconductors. Preliminary tests to evaluate the influence of radiation and calcination process were carried out in batch reactor and the reaction was accompanied by the reduction of lignin/chlorine-lignin. It was found that the best results were: calcination temperature of 500 °C and radiation of 250 W UV. After the optimization of the calcination conditions and power at the reaction system, the performance of the catalysts with and without impregnation was evaluated under 250W, UV or visible radiation. The performance of the catalysts was evaluated by the reduction of color and COD of the effluent. It was observed that Ag2O/ZnO showed the best activity for COD reduction under visible radiation while, for color, ZnO/UV radiation was the best condition. In other to evaluate the efficiency of the catalysts synthesized by sol-gel methodology, TiO2, TiO2/glass and TiO2/NaX, UV radiation was chosen as this was more effective for commercial titanium dioxide. It was found that the titanium dioxide in suspension had a better performance than those supported. In order to evaluate the effect of homogenizing the reaction medium, test were carried out using TiO2, Ag2O/TiO2 and Fe2O3/TiO2 under UV and visible radiation in a batch reactor with 100% recycle. It was observed that better mixture led to increased degradation when compared with the test without recycle. The catalysts reduced partially the organic load and the real color of the effluent, which were below the specifications for in rivers, so they could be an alternative for effluent polishing