Tratamento híbrido de soro de queijo bruto pela combinação dos processos de biocoagulação, oxidação avançada e reator anaeróbio

Rocha, Amanda Carmelo da; Vieira, Patrícia Angélica; Cardoso, Vicelma Luiz

doi:10.1590/S1413-415220220148

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Científico • Eng. Sanit. Ambient. 28 • 2023 • https://doi.org/10.1590/S1413-415220220148 copiar

Tratamento híbrido de soro de queijo bruto pela combinação dos processos de biocoagulação, oxidação avançada e reator anaeróbio

Raw cheese whey hybrid treatment by a combined process of bio-coagulation, advanced oxidation, and an anaerobic reactor

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Neste artigo, dois pré-tratamentos foram aplicados ao soro de queijo bruto para aumentar sua biodegradabilidade na aplicação de um reator anaeróbio. A primeira etapa consistiu na coagulação/floculação utilizando sementes de Carica papaya como biocoagulante, e a segunda etapa foi o estudo dos processos Fenton e foto-Fenton. O soro foi coletado em uma fábrica de laticínios e caracterizado quanto a parâmetros físico-químicos para verificar o potencial poluidor (demanda química de oxigênio — DQO 55,96 g L⁻¹ e demanda bioquímica de oxigênio — DBO de 21,51 g L⁻¹). O processo de coagulação/floculação promoveu a remoção de nível alto de turbidez (94–96%). Após testes preliminares das reações Fenton no soro coagulado, houve a aplicação do delineamento de composto central, da função desejabilidade e da superfície de resposta para obter as condições ótimas de operação (tempo reacional: 90 min, H₂O₂: 1,95 M e razão H₂O₂/Fe²⁺: 55), resultando em 66,4 e 62,6% de remoção de DQO e TOC, respectivamente. A avaliação cinética da reação foto-Fenton nas condições otimizadas revelou o potencial da minimização da concentração de ferro (razão H₂O₂/Fe²⁺: 65) e do tempo reacional (60 min) para atingir 70,1% de remoção de DQO sob irradiação de luz ultravioleta visível (UV-vis). Após aplicação dos processos de coagulação/floculação e foto-Fenton, um aumento da biodegradabilidade foi alcançado (DBO₅/DQO > 0,4), possibilitando a aplicação do processo biológico. O tratamento batelada em reator anaeróbio de manta de lodo de fluxo ascendente (UASB) promoveu 86–88% de remoção de DQO a partir do 24º dia de operação. O processo de tratamento híbrido proposto eliminou entre 96 e 98% da DQO total.

Palavras-chave
Carica papaya ; coagulação/floculação; foto-Fenton; reator UASB; soro de queijo

Parâmetro	Unidade	SQ bruto	SQ coagulado	Efluente foto-Fenton
pH	–	3,5–4,5	6,5–7,0	2,5–3,0
Demanda Química de Oxigênio (DQO)	g L⁻¹	55,96	45,51	13,48
Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO₅)	g L⁻¹	21,51	19,32	7,53
Sólidos Totais (ST)	g L⁻¹	9,39	2,448	1,24
Sólidos Voláteis (SV)	g L⁻¹	6,78	1,191	1,03
Turbidez	UNT	1.000	45	12,3
Condutividade	μS cm⁻¹	2,052	7,563	5,955
Fósforo Total (FT)	mg L⁻¹	366,57	152,48	9,19
Carbono Orgânico Total (COT)	g L⁻¹	21,318	18,098	7,180
Nitrogênio total (NT)	g L⁻¹	1,813	1,306	0,918
Óleos e Graxas (O&G)	g L⁻¹	28,55	5,119	4,29
Ferro	mg L⁻¹	0,872	0,172	1.131,5

Experimentos	Variáveis Controle			Respostas
	x₁	x₂	x₃	y₁		y₂		y₃
	H₂O₂ (M)	Razão molar H₂O₂/Fe²⁺	Tempo (min)	Remoção de DQO (%)	±	Remoção de COT (%)	±	H₂O₂ residual (%)	±
1	1,25 (-1)	45 (-1)	90 (-1)	46,93	0,88	38,97	0,34	0,52	0,02
2	1,25 (-1)	45 (-1)	150 (+1)	55,28	1,14	46,78	0,17	0,57	0,04
3	1,25 (-1)	65 (+1)	90 (-1)	19,80	0,99	24,52	0,40	21,52	0,42
4	1,25 (-1)	65 (+1)	150 (+1)	55,62	1,14	45,14	0,37	9,72	0,21
5	1,75 (+1)	45 (-1)	90 (-1)	62,60	1,02	52,95	0,08	0,43	0,05
6	1,75 (+1)	45 (-1)	150 (+1)	64,21	0,69	55,53	0,45	0,26	0,01
7	1,75 (+1)	65 (+1)	90 (-1)	56,88	0,78	49,64	0,11	10,41	0,18
8	1,75 (+1)	65 (+1)	150 (+1)	60,66	0,64	52,95	0,38	7,48	0,18
9	1,08 (-1,682)	55 (0)	120 (0)	51,39	1,63	42,83	0,27	0,28	0,04
10	1,92 (+1,682)	55 (0)	120 (0)	70,04	0,86	62,65	0,08	0,26	0,12
11	1,50 (0)	38 (-1,682)	120 (0)	59,51	1,21	55,30	0,07	0,33	0,01
12	1,50 (0)	72 (+1,682)	120 (0)	57,34	0,60	54,69	0,47	7,46	0,22
13	1,50 (0)	55 (0)	70 (-1,682)	55,17	1,26	52,76	0,30	8,21	0,59
14	1,50 (0)	55 (0)	170 (+1,682)	58,83	0,76	53,88	0,29	0,32	0,09
15	1,50 (0)	55 (0)	120 (0)	60,20	0,63	53,54	0,37	0,30	0,01
16	1,50 (0)	55 (0)	120 (0)	59,74	0,33	52,00	0,28	0,29	0,08
17	1,50 (0)	55 (0)	120 (0)	58,94	0,36	52,98	0,25	0,36	0,02

Efluente	Dosagem ótima	Turbidez inicial	Remoção de turbidez (%)	Referências
Soro de queijo cru	1 g L⁻¹	1.000 UNT	94–96	Este estudo
Água pluvial	1 semente L⁻¹	500 UNT	90	Yongabil, Lewis e Harris (2011YONGABIL, K. A.; LEWIS, D. M.; HARRIS, P. L. Indigenous plant based coagulants/disinfectants and sand filter media for surface water treatment in Bamenda, Cameroon. African Journal of Biotechnology, v. 10, n. 43, p. 8625-8629, 2011. https://doi.org/10.5897/AJB10.1709 https://doi.org/10.5897/AJB10.1709... )
Efluente têxtil sintético	0,57 g L⁻¹	10 mg L^{−1 a}	84,77^b	Kristianto, Kurniawan e Soetedjo (2018)
Efluente sintético de turbidez/coliformes	0,6 mg L⁻¹	60 UNT	100	Unnisa e Bi (2018)
Efluente sintético de turbidez	196 mg L⁻¹	500 UNT	88	Amran et al. (2021AMRAN, A. H.; ZAIDI, N. S.; SYAFIUDDIN, A.; ZHAN, L. Z.; BAHRODIN, M. B.; MEHMOOD, M. A.; BOOPATHY, R. Potential of carica papaya seed-derived bio-coagulant to remove turbidity from polluted water assessed through experimental and modeling-based study. Applied Science, v. 11, n. 12, p. 5715, 2021. https://doi.org/10.3390/app11125715 https://doi.org/10.3390/app11125715... )

Efluente	Processo	DQO inicial	Remoção de DQO (%)	Referências
Soro de queijo bruto	Coagulação/floculação Foto-Fenton Reator UASB	55,96 g L⁻¹	96–98	Este estudo
Efluente de laticínio	Eletrocoagulação Fitorremediação	5,6 g L⁻¹	86,4	Akansha et al. (2020AKANSHA, J.; NIDHEESH, P. V.; GOPINATH, A.; ANUPAMAAM, K. V.; KUMARA, S. Treatment of dairy industry wastewater by combined aerated electrocoagulation and phytoremediation process. Chemosphere, v. 256, p. 126652, 2020. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126652 https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.20... )
Permeado de soro diluído	Reator anaeróbio Microfiltração com membrana	29,2 g L⁻¹	90–99	Dereli et al. (2019DERELI, R. K.; ZEE, F.; OZTURK, I.; LIER, J. B. V. Treatment of cheese whey by a cross-flow anaerobic membrane bioreactor: Biological and filtration performance. Environmental Research, v. 168, p. 109-117, 2019. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.09.021 https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.09... )
Efluente de laticínio	Eletro-Fenton Reator batelada sequencial (anaeróbio-aeróbio)	3.225 mg L⁻¹	99	Heidari et al. (2021HEIDARI, M. R.; MALAKOOTIAN, M.; BOCZKAJ, G.; SUN, X.; TAO, Y.; SONAWANE, S. H.; MEHDIZADEH, H. Evaluation and start-up of an electro-Fenton-sequencing batch reactor for dairy wastewater treatment. Water Resources and Industry, v. 25, 100149, 2021. https://doi.org/10.1016/j.wri.2021.100149 https://doi.org/10.1016/j.wri.2021.10014... )

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[1] * Autora correspondente: amanda.rocha@ufu.br