Autori: Jorge Vidala, César Huiliñirb, Ricardo Salazara,* Universitatea din Santiago de Chile, USACH Facultatea de Chimie-biologie Departamentul de chimia materialelor Laboratorul de elecrochimia mediului inconjuator (LEQMA)

1. DESCOMPUNEREA MATERIEI ORGANICE
CONȚINUTE ÎN APELE UZATE DINTR-UN
ABATOR, FOLOSIND O COMBINAȚIE DE
DIGESTIE ANAEROBĂ ȘI PROCESUL SOLAR
PHOTOELECTRO-FENTON
Jorge Vidala, César Huiliñirb, Ricardo Salazara,*
Universitatea din Santiago de Chile, USACH
Facultatea de Chimie-biologie
Departamentul de chimia materialelor
Laboratorul de elecrochimia mediului inconjuator
(LEQMA)

2.  In cadrul acestui studiu mineralizarea materiei organice prezente în
apele uzate dintr-un abator de la o companie de carne de porc si vita din
Puente Alto, Santiago, Chile a fost realizată printr-o combinație de
digestie anaerobă urmată de procedeul solar photoelectro-Fenton
(SPEF). Primul pas a fost tratamentul biologic, s-a ajuns la o scadere cu
90% a COD, producând 90 ml de CH4. În plus, efluentul post-biologic a
prezentat o coloratie mai scăzută, mai putin miros si o scadere a
cantitatii de solide și a turbidității, dar o mai mare conductivitate datorită
unei creșteri a concentrației de NH4 + și NO3-. Acesta a fost urmat de
diferite procese de oxidare avansată electrochimice (EAOPs): electro-
oxidare (EO), electro-Fenton (EF) și SPEF. Cu SPEF, mineralizarea
aproape completă a fost realizată cu un randament ridicat. Cu SPEF,
rata de mineralizare rapidă se datorează radicalilor hidroxil (dotOH
radical), care sunt generati în cea mai mare parte, pe suprafața
anodului, prin radiație solară, și cel mai important, prin fotoliza directă a
complexelor formate între Fe3 + și unii intermediari organici.

3. SITUATIA ACTUALA
 Productia de carne in Chile a inregistrat o crestere de 9,3% pe an in
perioada 1996-2014
 Legislatia din Chile impune ca apele uzate sa fie readuse la stare lor
initiala si din cauza scaderii resurselor de apa este necesar ca legislatia
pentru protectia apelor sa fie imbunatatita.
 In Chile marea majoritate a statiilor de epurare folosesc tratamentul
biologic cu organisme aerobe, cee ce ridica costurile datorita
consumului mare de oxigen.
 Digestia anaeroba a inceput sa fie utilizata in marile statii de epurare
avand urmatoarele avantaje:
 Costuri reduse
 Se obtine metan (70% CH4 si 30% CO2)
 Totusi digestia anaeroba nu poate degrada materialul organic rezidual
bio-rezistent si din acest motiv este nevoie de noi alternative cum ar fi:
 Oxidarea cu ozon
 Cataliza cu dioxid de titan combinat sau nu cu peroxid de hidrogen
 Reactia Fenton

4. Ape uzate din
abator
Digestie
anaeroba
Electro-Fenton

5. METODA ELECTRO FENTON (EF)
 Metoda eletro Fenton (EF) se bazeaza pe
capacitatea de generare continua de electroni a
peroxidului de hidrogen din oxigen, in prezenta unui
catod pe baza da carbon
 O2 + 2H- + 2e- ----> H2O2
 Adaugarea unei mici cantitiati de Fe2+ creste
puterea de oxidare a H2O2 prin producerea de
radicali OH- in situ
 Necesita un pH acid (2-3)

6. REACTIA FENTON
 Fe2+ + H2O2 ----> Fe3+ + .OH + OH-
 Fe3+ + H2O2 ----> Fe2+ + .OOH + H+
 Fe3+ + e- ----> Fe2+
Apa uzata
+Fe2+ + H2O2
Oxidare
Neutralizare
Floculare

7. REACTIA SPEF
(SOLAR PHOTO ELECTRO FENTON)
 Metoda curata, rapida,
regenerabila si ieftina
 Utilizeaza radiatia UV solara
 Mai eficienta decat EF
 O rata mare a regenerarii
Fe2+ si a productiei de radicali
*OH din fotoreductia Fe(OH)2+
prin reactia
 Fe(OH)2+ + hν ----> Fe2+ + • OH
 Fotodecarboxilarea
complexelor de Fe cu acizi
carboxilici si a intermediarilor
generati de radicalul hidroxil
din poluantii organici prin
reactia
 Fe(OOCR) 2+ + hν ----> Fe2+ +
CO2 + *R •

8.  Combinarea SPEF cu electro-oxidarea(EO) creste
eficienta procesului de decontaminare a apei pentru ca
contaminantii organici pot sa treaca in mod simultan prin
2 procese oxidative
 Oxidarea prin *OH formati in solutie conform reactiei Fenton
 Oxidarea produsa de OH generati pe suprafata anodului
 In procesele bazate pe EF natura chimica a anodului
este un element cheie pentru cresterea eficientei.
 Diamantul cu dop de bor (BDD) a fost utilizat datorita
interactiunii slabe cu *OH

9. REZULTATE
Caracterizarea apelor uzate din
abator
Tratamentul biologic cu organisme
anaerobe
Tratamentul eletrochimic
Evaluarea efectului combinarii
digestiei anaerobe cu procesul
fotoelectro-Fenton solar

10. CARACTERIZAREA APELOR UZATE DIN
ABATOR
 Culoare rosu-inchis,
absorbanta crescuta in
banda 418 nm
 Miros neplacut, de fecale in
putrefactie, dat de amoniac,
compusi pe baza de sulf,
amine, acizi grasi volatili,
scatol, indol, fenoli,
mercaptani, alcooli si
carbonili
 pH = 7.8, optim pentru
formarea coagulantului
Fe(OH)3 din NaOH si FeCl3
astfel incat sa fie
indepartata o cantitate mare
de materie organica
Spectre UV-Vis ale probelor initiale si
fimale de ape uzate industriale din
abator

11. TRATAMENTUL BIOLOGIC CU ORGANISME
ANAEROBE
 S-a urmarit evolutia COD
(Chemical Oxygen Demand)
 In primele 6 zile COD a crescut
din cauza hidrolizei si a
lichefierii
 A crescut si concentratia de
amoniac
 In zilele 6-15 COD a scazut
dramatic, tipic pentru
tratamentul anaerob
 Dupa 15 zile rata de scadere a
COD s-a diminuat din cauza ca
cantitate de COD biodegradabil
a fost mult mai mica
 Dupa 22 zile scaderea COD s-
a oprit
 Dupa 30 zile COD = 137mg/L,
peste valorile maxim admise
de legislatia de mediu din Chile
Evolutia COD in timpul
biodigestiei anaerobe a
400 ml suspensie de vita in
apa timp de 30 de zile la
35 ͦ C

12. VOLUMUL SPECIFIC AL METANULUI, NORMALIZAT SI EXPRIMAT CA GAZ USCAT
TIMP DE 30 DE ZILE DE DIGESTIE ANAEROBA LA 35 ͦ C

13. ABSORBANTA (A) SI EVOLUTIA COD (B) A APELOR
UZATE DIN ABATOR DUPA PROCESUL ANAEROB
Conditii experimentale
 0.05 moli L-1 Na2SO4
 pH = 3
 T= 35 °C
 J= 30 mA cm-2
 [Fe2+] = 1 nM
→Fotoliza
←EO- H2O2
 J= 50 mA cm-2
↓EF
 J= 30 mA cm-2
↑EF
 J= 50 mA cm-2
⃝SPEF
 J= 30 mA cm-2
□SPEF
J= 50 mA cm-2

14. TRATAMENTUL ELETROCHIMIC
 Tratamente aplicate dupa procesul anaerob
 Fotoliza
 Eletro-oxidarea in prezenta de H2O2
 EF
 SPEF
 OH- se formeaza pe suprafata anodului si in masa
si reactioneaza cu compusii organici, ducand la
mineralizarea acestora
→ CO2, apa si substante anorganice

15. EFICIENTA CURENTA ASUPRA DEGRADARII APELOR UZATE DIN
ABATOR VS. TIMPUL DE ELETROLIZA PENTRU TRATAMENTUL CU
0,1 L DE SOLUTIE
Conditii experimentale
 0.05 moli L-1 Na2SO4
 pH = 3
 T= 35 °C
 J= 30 mA cm-2
 [Fe2+] = 1 nM
←EO- H2O2
 J= 50 mA cm-2
↓EF
 J= 30 mA cm-2
↑EF
 J= 50 mA cm-2
⃝SPEF
 J= 30 mA cm-2
□SPEF
J= 50 mA cm-2

16. SCADEREA COD CA EFECT AL COMBINATIEI DINTRE
DIGESTIA ANAEROBA SI TRATAMENTE ELETRO-FENTON-
SOLARE CU 30 DE ZILE DE DIGESTIE ANAEROBA URMATA DE
180 DE MINUTE DE TRATAMENT PRIN PROCESUL SPEF
Conditii experimentale
pentru SPEF
•0.05 moli L-1 Na2SO4
•pH = 3
•T= 35 °C
•J= 30 mA cm-2
•[Fe2+] = 1 nM
Evaluarea efectului combinarii
digestiei anaerobe cu procesul
fotoelectro-Fenton solar

17. CONCLUZII
 Apele uzate au fost tratate prin
 Digestie anaeroba
 Proces oxidativ electrochimic avansat
 Tratamentele de mai sus combinate
 Capacitatea oxidativa relativa a EAOP a crescut in ordinea
EO- H2O2 < EF < SPEF
 reducerea COD
 63%
 79%
 >95%, respectiv, dupa 180 minute de reactie.
 In procesul SPEF radicalii OH- au fost generati in masa
 Radiatia solara a indus o productie suplimentara de OH-
 Fotoliza directa ===========> cea mai rapida reactie
 Combinarea proceselor ====> efluent limpezit total, fara
miros si fara suspensii cu o reducere a COD de 97%,
comparativ cu procesele separate
======> o acumulare a unui volum de 90 mL de CH4

18. Acest material a fost redactat de catre Corina Chirila
si Georgiana Sevastre de la Facultatea de
biotehnologii din cadrul USAMVB, master
Biotehnologii in Protectia Mediului, an 2, avand un
scop pur didactic.