Degradación del 2,5-DCP en agua destilada y en agua residual por los procesos de oxidación avanzada con ozono y ozono-UV combinados con un tratamiento biológico

Abstract

En los últimos años la contaminación de los suministros de agua se ha incrementado debido a la descarga continua de las aguas residuales de las industrias químicas y farmacéuticas, sin tratamiento adecuado que eliminan los compuestos orgánicos recalcitrantes que contienen. Estos contaminantes ponen en peligro la calidad de las aguas superficiales y subterráneas, la salud de la población y dañan los ecosistemas. En vista de estos problemas, en el presente trabajo se estudió la efectividad de la combinación de los procesos de ozono y ozono-UV con un proceso biológico para aumentar la biodegradabilidad y reducir los niveles de la toxicidad del 2,5-diclorofenol (2,5-DCP) y los compuestos intermedios generados durante la oxidación. Se hizo un estudio comparativo en un reactor de columna equipado con un difusor de vidrio poroso de burbuja fina para aplicar el ozono con una transferencia de masa volumétrica kLa de 1.58 min-1. En cada experimento se utilizó un volumen de 1.5 L con concentración de 3.07 mM de 2,5-DCP en solución acuosa con agua destilada y con agua residual municipal, a un pH inicial de 7. Se usó una dosis de ozono aplicado de 22 mg min-1 con un flujo de gas de oxígeno-ozono de 0.7 L min-1. Además, se utilizó una lámpara de UV con longitud de onda de 254 nm para llevar a cabo los tratamientos con ozono-UV. Los resultados obtenidos, mostraron que el 2,5-DCP se degrada completamente con una dosis de ozono de aproximadamente 1.2 g h-1 en las dos soluciones estudiados tratadas con ozono y ozono- UV. Los mejores resultados se obtuvieron con el proceso de ozono-UV después de 60 min en la solución acuosa de 2,5-DCP con agua residual, lo que muestra que la adición de fotólisis (intensidad de la lámpara UV = 4 mW cm-2) al ozono mejora la eliminación de DQO (75%), la mineralización (53%) y la biodegradabilidad (DBO5 / DQO) de 2,5-DCP de 0.2 a 0.85. La toxicidad del 2,5-DCP y sus productos intermedios se analizó para diferentes intervalos de tiempo con la prueba de inhibición de la respiración de lodos activados. Los análisis de la prueba de toxicidad mostraron que los tratamientos O3 y O3-UV fueron eficaces en disminuir la toxicidad del 2,5-DCP y de sus productos intermedios, que fueron menos tóxicos para los microorganismos en el lodo activado (IC25 = 125 mg/L), que el 2,5-DCP sin tratamiento (IC50 = 50 mg/L). Los resultados de este trabajo muestran que la materia orgánica y la materia inorgánica presentes en el agua residual, tuvieron un efecto positivo sobre la oxidación del 2,5-DCP, lo que apoya el uso potencial de los procesos de ozono y ozono-UV para tratar efluentes contaminados con alta concentración de compuestos clorofenólicos.

In recent years, there have been increases in contamination of water supplies, due to the continuous discharge of wastewater from chemical and pharmaceutical industries, without them being properly treated to remove the refractory organic compound they may contain. These contaminants endanger the quality of surface and groundwater, the ecosystems, and the health of the world´s population. In view of these problems, the present work examined the effectiveness of combining ozone and ozone-UV processes with a biological treatment to increase biodegradability and reduce toxicity levels of the chlorophenolic compound, 2,5-dichlorophenol (2,5-DCP) and its oxidative intermediates. A comparative study was carried out in a glass bubble column reactor equipped with a fine-pore glass diffuser with a volumetric mass transfer kLa of 1.58 min-1. Each experiment was done using a 1.5 L volume of 2,5-DCP (3.07 mM) aqueous solution of distilled water and municipal wastewater, at pH 7 with an applied ozone dose of 22 mg min-1 and an oxygen-ozone flow rate of 0.7 L min-1. Additionally, a low mercury UV lamp with wavelength of 254 nm was used during ozone-UV treatments. The results obtained, showed that 2,5-DCP was completed degraded with an ozone dose of approximately 1.2 g h-1 in both solutions, treated with ozone and ozone-UV processes. The best results were obtained with the ozone-UV processes after 60 min of oxidation, showing that the addition of photolysis treatment (UV lamp intensity = 4 mW cm-2) to ozone, accelerated COD removal (75%), mineralization (53%) and biodegradability (BOD5/COD) of 2,5-DCP from 0.2 to 0.85 in the wastewater. The toxicity of 2,5-DCP and its oxidation by-products were monitored at different time intervals using activated sludge respiration inhibition tests. The test analyses showed that ozone and ozone-UV treatments were effective in reducing the toxicity of 2,5-DCP and its by-products, which were less toxic to the microorganisms in activated sludge (IC25 = 135 mg/L), than the untreated 2,5-DCP solutions (EC50= 50 mg/L). The results achieved in this work, showed that the presence of organic and inorganic matters in the wastewater, had a positive effect on the oxidation of 2,5-DCP, which support the potential use of ozone and ozone-UV processes for the treatment of effluent with high concentration of chlorophenols.