Removal of dissolved organic carbon in filtered water complemented with treatment by pre-oxidation with ozone and adsorption on activated carbon

Mavaieie Júnior, Paulo Augusto; Benetti, Antônio Domingues

doi:10.1590/S1413-415220200222

Paulo Augusto Mavaieie Júnior

Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Porto Alegre (RS), Brasil.

http://orcid.org/0000-0002-7082-107X

Antônio Domingues Benetti ^* * Autor correspondente: benetti@iph.ufrgs.br

Universidade Federal do Rio Grande do Sul – Porto Alegre (RS), Brasil.

http://orcid.org/0000-0002-5940-8866

* Autor correspondente: benetti@iph.ufrgs.br

CONTRIBUIÇÃO DOS AUTORES

Mavaieie Jr, P. A.: conceituação, metodologia, investigação, curadoria de dados, análise formal, escrita primeira redação, revisão e edição. Benetti, A. D.: conceituação, metodologia, investigação, análise formal, supervisão, escrita – revisão e edição.

Conflitos de interesse: os autores declaram não haver conflitos de interesse.

Thumbnail

Figura 1
Fluxograma dos ensaios realizados no laboratório com e sem aplicação de ozônio.

Thumbnail

Figura 2
Esquema do sistema de ensaio rápido em coluna de escala reduzida com pré-ozonização.

Thumbnail

Figura 2
Esquema do sistema de ensaio rápido em coluna de escala reduzida com pré-ozonização.

Thumbnail

Figura 3
Curvas comparativas de ruptura para carbono orgânico dissolvido sem aplicação prévia de ozônio (1) e com aplicação prévia de ozônio (2), para os quatro tempos de contato em leito vazio estudados.

Thumbnail

Figura 4
Curvas comparativas de frações removidas de carbono orgânico dissolvido sem e com aplicação de ozônio para tempo de contato em leito vazio de 0,9 minutos.

Thumbnail

Figura 5
Curvas de ruptura para absorbância à radiação ultravioleta em 254 nm sem aplicação prévia de ozônio (1) e com aplicação prévia de ozônio (2), para os quatro tempos de contato em leito vazio estudados.

Thumbnail

Tabela 1
Análises nos pontos de amostragem indicados na .

Thumbnail

Tabela 2
Parâmetros, métodos analíticos e equipamentos usados no monitoramento.

Thumbnail

Tabela 3
Características do carvão ativado granular e parâmetros de operação da coluna de ensaio rápido em coluna de escala reduzida.

Thumbnail

Tabela 4
Dosagens residuais de ozônio com respectivas remoções de carbono orgânico dissolvido e absorbância da luz ultravioleta.

Thumbnail

Tabela 5
Características da água filtrada da estação de tratamento de água usada nos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida (com n = 5)

Thumbnail

Tabela 6
Características da água ozonizada afluente aos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida.

Thumbnail

Tabela 7
Características do efluente dos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida que recebeu água filtrada da estação de tratamento de água sem ozonização.

Thumbnail

Tabela 8
Características dos efluentes dos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida nos ensaios com pré-ozonização.

Thumbnail

Tabela 9
Resumo dos resultados obtidos para carbono orgânico dissolvido nos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida sem e com aplicação prévia de ozônio à água filtrada da estação de tratamento de água.

Thumbnail

Tabela 10
Volumes de leitos tratados e volumes tratados relativos a valores de absorbância à radiação ultravioleta em 254 nm nos ensaios rápidos em coluna de escala reduzida, sem e com aplicação prévia de ozônio à água filtrada da estação de tratamento de água.

Thumbnail

Tabela 11
Absorbância específica à radiação ultravioleta das amostras iniciais e da água ozonizada.

Thumbnail

Tabela 12
Absorbância específica à radiação ultravioleta nos efluentes das colunas de escala reduzida sem e com aplicação de ozônio nos afluentes (L.mg^-1.m^-1)

Thumbnail

Tabela 13
Valores de volumes de leitos tratados, volumes tratados, taxas de transferência específicas e taxas de uso do carvão para C/C₀ de 0,5 nas análises com e sem aplicação previa de ozônio.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Ponto	Análise
1	pH, turbidez, alcalinidade, COD e UV₂₅₄
2	pH, turbidez, alcalinidade, COD, UV₂₅₄ e ozônio residual
3	pH, turbidez, alcalinidade, COD e UV₂₅₄

Parâmetro	Unidade	Método analítico	Referência	Instrumento
Turbidez	UNT	2130 B — Método nefelométrico	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	HACH 2100- Turbidímetro
Alcalinidade	mg CaCO₃.L^-1	2320 B — Método titulométrico	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	DIGIMED, DM-22
pH	-	4500-H+ B — Método potenciométrico	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	DIGIMED, DM-22
COD	mg.L^-1	5310 B — Método de combustão a alta temperatura	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	SHIMADZU, modelo TOCL CPH
Absorção de UV 254 nm	cm^-1	5910 B — Método de absorção no ultravioleta	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	Pró-análise Modelo UV 1600
Residual de ozônio	mg O₃.L^-1	4500 B — Método colorimétrico índigo	APHA et al., 2005AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA); AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION (AWWA); WATER ENVIRONMENT FEDERATION (WEF). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21ª ed. Washington: APHA/AWWA/WEF, 2005.	Pró-análise Modelo UV 1600

Parâmetro		TCLV piloto (min)
Parâmetro		5	10	15	20
TCLV red (min)		0,9	1,8	2,7	3,8
Diâmetros do CAG (mm)	Superior	0,25	0,25	0,25	0,25
	Inferior	0,177	0,177	0,177	0,177
	Médio	0,210	0,210	0,210	0,210
Densidade do CAG (g.cm^-3)		0,58	0,58	0,58	0,58
Altura do leito de CAG (cm)		5,04	10,07	15,11	20,14
Diâmetro interno da coluna (cm)		1,20	1,20	1,20	1,20
TAS (m.h^-1)		3,4	3,4	3,4	3,4
Vazão (mL.min^-1)		6,40 ± 0,1	6,40 ± 0,1	6,40 ± 0,1	6,40 ± 0,1
Massa de CAG (g)		3,30	6,61	9,91	13,23
Volume do leito (mL)		6,0	12,1	18,1	24,2

Amostra	Tempo (min)	Dosagem (mg.L^-1)	UV₂₅₄ (cm^-1)	COD (mg.L^-1)	Residual de ozônio (mg.L^-1)	Redução de UV₂₅₄ (%)	Remoção de COD (%)
1	0,5	4,17	0,017	1,645	0,06	50	-40
2	1	8,33	0,013	1,101	0,31	62	6
3	1,5	12,50	0,014	0,924	0,45	59	21
4	2	16,67	0,014	1,064	0,51	59	9
5	3	25,00	0,013	0,928	> 0,5	62	21
6	4	33,33	0,013	0,92	> 0,5	62	21
7	5	41,67	0,013	0,946	> 0,5	62	19
Inicial		-	0,034	1,171	-	-	-

Amostra	Unidade	1	2	3	4
Data de coleta		22/10/2018	19/11/2018	03/12/2018	10/12/2018
pH	-	6,13 ± 0,18	6,19 ± 0,08	5,84 ± 0,09	6,23 ± 0,24
Turbidez	UNT	0,23 ± 0,19	0,23 ± 0,06	0,27 ± 0,13	0,34 ± 0,08
Alcalinidade	mg CaCO₃.L^-1	14,0	9,0	8,0	11,0
COD	mg.L^-1	1,602 ± 0,20	1,148 ± 0,07	1,187 ± 0,11	1.522 ± 0,07
Absorção UV₂₅₄	cm^-1	0,049 ± 0,005	0,033 ± 0,001	0,030 ± 0,003	0,043 ± 0,001
AEUV	L.mg^-1.m^-1	3,06	2,83	2,49	2,83
n	-	5	5	5	5

Parâmetro	Unidade	TCLV (min)
Parâmetro	Unidade	0,9³ 3 Amostra de água filtrada, ozonizada e afluente as colunas de 0,9 e 1,8 min de TCLV;	1,8³ 3 Amostra de água filtrada, ozonizada e afluente as colunas de 0,9 e 1,8 min de TCLV;	2,7⁴ 4 amostras de água filtrada, ozonizada e afluente as colunas de 2,7 e 3,6 min de TCLV; n = número de medições (repetições) da amostra ao longo do ensaio.	3,6⁴ 4 amostras de água filtrada, ozonizada e afluente as colunas de 2,7 e 3,6 min de TCLV; n = número de medições (repetições) da amostra ao longo do ensaio.
pH	-	6,27 ± 0,73	5,98 ± 0,22	6,34 ± 0,16	6,33 ± 0,21
Turbidez	UNT	0,43 ± 0,17	0,46 ± 0,18	0,27 ± 0,1	0,27 ± 0,08
Alcalinidade	mg CaCO₃. L^-1	7,0	8,0	10,0	10,0
Residual de ozônio	mg O₃. L^-1	0,44 ± 0,05	0,44 ± 0,05	0,39 ± 0,03	0,39 ± 0,03
COD	mg.L^-1	1,179 ± 0,12	1,126 ± 0,06	1,488 ± 0,1	1,527 ± 0,05
Absorção de UV	cm^-1	0,014 ± 0,004	0,013 ± 0,003	0,027 ± 0,001	0,026 ± 0,001
AEUV	L.mg^-1.m^-1	1,19	1,18	1,69	1,70
n		11	11	10	10

Parâmetro	Unidade	TCLV (min) – Efluente ERCER sem pré-ozonização
Parâmetro	Unidade	0,9¹ 1 Amostra de água filtrada, sem ozônio, afluente às colunas com TCLV de 0,9 e 2,7 min (amostra coletada dia 22 de outubro de 2018);	1,8² 2 amostras de água filtrada, sem ozônio, afluentes às colunas com TCLV de 1,8 e 3,6 min (amostras coletadas dia 19 de novembro de 2018).	2,7¹ 1 Amostra de água filtrada, sem ozônio, afluente às colunas com TCLV de 0,9 e 2,7 min (amostra coletada dia 22 de outubro de 2018);	3,6² 2 amostras de água filtrada, sem ozônio, afluentes às colunas com TCLV de 1,8 e 3,6 min (amostras coletadas dia 19 de novembro de 2018).
pH	-	6,19 ± 0,23	6,55 ± 0,68	6,49 ± 0,6	6,57 ± 0,67
Turbidez	UNT	0,13 ± 0,13	0,10 ± 0,07	0,10 ± 0,03	0,10 ± 0,03
Alcalinidade	mg CaCO₃.L^-1	12,0	9,0	12,0	11,0

Parâmetro	Unidade	TCLV (min) – Efluente ERCER com pré-ozonização
Parâmetro	Unidade	0,9³ 3 Amostra de água filtrada, com ozônio, afluente às colunas com TCLV de 0,9 e 1,8 min (amostra coletada em 3 de dezembro de 2018);	1,8³ 3 Amostra de água filtrada, com ozônio, afluente às colunas com TCLV de 0,9 e 1,8 min (amostra coletada em 3 de dezembro de 2018);	2,7⁴ 4 amostras de água filtrada, com ozônio, afluentes às colunas com TCLV de 2,7 e 3,6 min (amostras coletadas em 10 de dezembro de 2018).	3,6⁴ 4 amostras de água filtrada, com ozônio, afluentes às colunas com TCLV de 2,7 e 3,6 min (amostras coletadas em 10 de dezembro de 2018).
pH	-	6,42 ± 0,55	6,55 ± 0,68	6,49 ± 0,60	6,57 ± 0,67
Turbidez	UNT	0,13 ± 0,05	0,10 ± 0,07	0,10 ± 0,03	0,10 ± 0,03
Alcalinidade	mg CaCO₃.L^-1	9,0	9,0	12,0	11,0

Ruptura	Sem ozônio					Com ozônioz
Ruptura	C/C₀	VLT	VT	TTE	TUC	C/C₀	VLT	VT	TTE	TUC
TCLV 0,9 min
Inicial	0,27	34	192	0,06	16,3	0,26	67	384	0,12	8,11
50%	0,50	190	1100	0,35	2,83	0,50	800	4600	1,48	0,68
75%	0,75	520	4600	1,48	0,68	0,75	1490	8512	2,73	0,37
90%	0,90	1600	9800	3,15	0,32	0,90	2750	15600	5,01	0,20
Fim	0,73	5324	30400	9,76	0,10	1,00	8025	45824	17,33	0,06
TCLV 1,8 min
Inicial	0,16	34	384	0,06	16,23	0,22	34	384	0,06	16,23
50%	0,50	520	4850	0,78	1,28	0,50	430	4800	0,77	1,30
75%	0,75	832	9504	1,53	0,66	0,75	1535	17536	2,81	0,36
90%	0,90	3700	42000	6,74	0,15	0,90	3400	38000	6,10	0,16
Fim	0,73	4750	54592	8,76	0,11	0,93	4760	54368	8,73	0,11
TCLV 2,7 min
Inicial	0,16	138	2368	0,24	4,19	0,30	24	384	0,04	24,34
50%	0,50	420	6600	0,67	1,50	0,50	510	8800	0,94	1,06
75%	0,75	1100	18200	1,84	0,54	0,75	1558	26688	2,86	0,35
90%	0,90	1750	30000	3,03	0,33	-	-	-	-	-
Fim	0,85	3248	55648	5,62	0,18	0,80	2649	45376	4,85	0,21
TCLV 3,6 min
Inicial	0,15	55	1344	0,11	9,27	0,14	34	768	0,06	16,23
50%	0,50	382	8736	0,70	1,43	0,5	290	6800	0,55	1,83
75%	0,75	1440	36800	2,95	0,34	0,75	1220	27600	2,21	0,45
90%	0,90	2272	51904	4,17	0,24	0,9	1730	39600	3,18	0,31
Fim	0,73	2390	54592	4,38	0,23	0,99	1987	45376	3,64	0,27

C/C₀	TCLV (min)
	0,9		1,8		2,7		3,6
	VLT	VT	VLT	VT	VLT	VT	VLT	VT
Ensaios sem adição de ozônio
Inicial	34	192	118	1344	45	768	133	3040
0,50	170	1100	570	6800	160	2800	960	22000
0,75	520	3000	1900	12200	800	12400	3240	26200
0,90	1700	9900	3240	43400	1600	27168	-	-
Fim	5324	30400	4780	54592	3248	55648	2390	54592
Ensaios com pré-ozonização
Inicial	202	1152	235	2688	45	768	17	384
0,50	800	4600	800	9400	400	6800	423	9700
0,75	1300	7200	1600	18800	1400	24000	1360	31000
0,90	2200	12800	1825	20700	1800	30800	1620	36800
Fim	8025	45824	4760	54368	2648	45376	1987	45376

Afluente	AEUV (L.mg^-1.m^-1)
Afluente	Amostra 1	Amostra 2	Amostra 3	Amostra 4
Sem ozônio	3,06	2,87	2,49	2,83
Com ozônio	-	-	1,19^* * Média de absorbância específica à radiação ultravioleta da água ozonizada afluente às colunas de escala reduzida nas respetivas amostras; AEUV: absorção específica à radiação ultravioleta (L.mg-1.m-1).	1,70^* * Média de absorbância específica à radiação ultravioleta da água ozonizada afluente às colunas de escala reduzida nas respetivas amostras; AEUV: absorção específica à radiação ultravioleta (L.mg-1.m-1).

TCLV (min)	Sem ozônioz
TCLV (min)	Imediata	Inicial	50%	75%	90%	Fim
0,9	1,43	1,43	3,01	2,72	2,94	3,28
1,8	0,0	0,89	2,22	2,78	3,09	2,68
2,7	0,0	3,13	2,93	3,13	2,91	3,35
3,6	0,0	0,44	1,41	3,05	2,51	2,98

TCLV (min)	Com ozônio
TCLV (min)	Imediata	Inicial	50%	75%	90%	Fim
0,9	1,94	1,79	1,27	1,13	1,32	1,10
1,8	1,61	0,0	0,66	0,83	1,19	1,13
2,7	0,21	0,15	2,26	1,61	-	1,74
3,6	0,0	0,87	1,46	1,97	2,05	1,85

TCLV (min)	Sem ozônio				Com ozônio
TCLV (min)	VLT	VT	TTE	TUC	VLT	VT	TTE	TUC
0,9	190	1.100	0,35	2,83	800	4.600	1,48	0,68
1,8	520	4.850	0,78	1,28	430	4.800	0,77	1,30
2,7	420	6.600	0,67	1,50	510	8.800	0,94	1,06
3,6	382	8.736	0,70	1,43	290	6.800	0,55	1,83

[1] * Autor correspondente: benetti@iph.ufrgs.br

Brasil

Brasil

Removal of dissolved organic carbon in filtered water complemented with treatment by pre-oxidation with ozone and adsorption on activated carbon

Abstract