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Type: Tese
Title: Degradation of contaminants of emerging concern in different matrices by advanced oxidation processes : evolution of toxicity and disinfection
Authors: Maria Clara Vieira Martins Starling
First Advisor: Camila Costa de Amorim Amaral
First Referee: Mônica Maria Diniz Leão
Second Referee: Silvia Maria Alves Corrêa Oliveira
Third Referee: Eduardo Coutinho de Paula
metadata.dc.contributor.referee4: Alam Gustavo Trovo
metadata.dc.contributor.referee5: Vitor Jorge Pais Vilar
Abstract: Increasing consumption of pharmaceuticals, personal care products, agrochemicals and other chemicals by modern society have led to the occurrence of chemical pollutants in the environment. Ubiquitous occurrence of these contaminants and the risks they represent could be detected after recent development of advanced chromatography techniques and ecotoxicological assays. Thus, these pollutants were nominated contaminants of emerging concern (CEC). CEC occur at reduced concentrations (ng to µg L-1) in surface waters and wastewaters and are associated to acute and chronic toxicity, selection of resistant genes, mutagenicity, and endocrine disruption. Hence, it is necessary to establish effective treatment technologies to remove CEC present in treated wastewater and surface water. The aims of this study were (i) to evaluate the applicability of UV-C/H2O2 and UV-C/S2O82- on the treatment of losartan potassium (LP), furosemide (FRSM), caffeine, CAF) and carbendazim, (CBZ) in water and surface water, (ii) to investigate the efficiency of traditional solar photo-Fenton (solar/iron/H2O2) and solar photo-Fenton like (solar/iron/S2O82-) at neutral pH on the removal of these CEC from municipal wastewater treatment plant effluent and (iii) to perform a preliminary cost-benefit analysis. In addition, the impact of these advanced oxidation processes (AOPs) on acute toxicity and disinfection were also evaluated. This is the first study to propose the use of the solar/iron/S2O82-) at neutral pH. Literature review indicated that basic sanitation conditions must be improved prior to the imposition of standards related to CEC removal. Results indicated in this study indicated that UV-C/H2O2 and UV-C/S2O82- reached more than 90% degradation of all target compounds in pure and surface water. UVC/S2O82- reached higher mineralization than UV-C/H2O2 for CBZ and CAF, and was more stable in the presence of surface water constituents. However, toxicity generated during the degradation of LP via UV-C/S2O82- was not removed after treatment. Traditional solar photoFenton (55 mg L-1 of iron + 50 mg L-1 of H2O2) conducted at neutral pH was able to remove more than 80% of total CEC concentration and no pH decay was observed. Yet, solar-photoFenton like (27.5 mg L-1 of iron + 282.2 mg L-1 of S2O82-) reached a maximum of 60% removal due to lack of iron in the system. Both processes performed in a Raceway Pond Reactor at neutral pH reached nearly 50% removal of target CEC and neither of them generated acute toxicity. Solar/iron/S2O82- was more effective on CEC removal and on E.coli inactivation. Finally, cost analysis indicated that proposed treatments are competitive compared to other advanced technologies applied for the treatment of CEC.
Abstract: O consumo crescente de fármacos, produtos de cuidado pessoal, agrotóxicos e outros químicos pela sociedade moderna levou à ocorrência generalizada dessas substâncias no meio ambiente. A detecção desses compostos no ambiente é recente e foi possibilitada pelo desenvolvimento de técnicas avançadas de cromatografia analítica. Desse modo, eles foram denominados “Contaminantes de Preocupação Emergente” (do inglês: CEC). CEC ocorrem em concentrações reduzidas (ng a µg L-1) em águas superficiais e águas residuárias e têm sido associados à toxicidade aguda e crônica, seleção de genes de resistência, mutagenicidade e distúrbios endócrinos. Logo, é necessário que tecnologias efetivas de tratamento sejam implementadas para a remoção de CEC presentes em águas residuárias e superficiais. Nesse contexto, os objetivos desse estudo foram (i) avaliar a aplicabilidade dos sistemas de UVC/H2O2 e UV-C/S2O82- na remoção de losartan potássio (LP), furosemida (FRSM), cafeína (CAF) e carbendazim (CBZ) em água pura e superficial, (ii) investigar a eficiência do fotoFenton solar tradicional (sol/ferro/H2O2) e do foto-Fenton solar modificado (sol/ferro/S2O82-) em pH neutro para a remoção desses CEC em efluente de estação de tratamento de esgoto, e (i ii) avaliar preliminarmente o custo dos tratamentos. Ademais, os impactos dos tratamentos na toxicidade e desinfecção foram avaliados. Esse é o primeiro estudo a propor a aplicação do sistema sol/ferro/S2O82- em pH neutro. A revisão de literatura indicou que melhorias nas condições de saneamento básico devem ser impostas antes que limites sejam estabelecidos para a remoção de CEC. Os resultados obtidos nesse trabalho indicaram que mais de 90% de todos os compostos alvo foram removidos em água pura e superficial por UV-C/H2O2 e UVC/S2O82-. UV-C/ S2O82- atingiu maior mineralização para a CAF e o CBZ e foi mais estável na presença de constituintes da água superficial. Entretanto, a toxicidade gerada durante a degradação do LP por UV-C/S2O82- não foi eliminada após o tratamento. O foto-Fenton solar tradicional (55 mg L-1 de Fe + 50 mg L-1 de H2O2) em pH neutro removeu mais de 80% do total de CEC e o pH se manteve constante durante o tratamento. Porém, o sistema sol/ferro/S2O82- (27,5 mg L-1 de Fe e 282,2 mg L-1 de S2O82-) atingiu 60% de remoção de CEC devido à falta de ferro no sistema. Ambos os processos conduzidos em um reator do tipo carrossel em pH neutro removeram 50% do total de CEC, sendo que nenhum dos tratamentos gerou toxicidade aguda. Além disso, o sistema sol/ferro/S2O82- foi mais eficaz na remoção dos CEC e na inativação de E coli. A análise de custo realizada para ambos os processos de fotoFenton revelaram a competitividade desses tratamentos frente a outras tecnologias avançadas.
Subject: Engenharia sanitária
Meio ambiente
Toxicidade aguda
Oxidação
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/53502
Issue Date: 29-Oct-2018
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