Degradación de contaminantes de aguas residuales de la producción de aceite de oliva mediante procesos electroquímicos de oxidación avanzada

Abstract

La degradación individual de los ácidos trans-cinámico, trans-ferúlico y 4-hidroxifenilacético se llevó a cabo utilizando varios EAOPs. Se trataron disoluciones de 100 ml de cada ácido en Na2SO4 0,050 M a pH 3,0 y temperatura constante de 35 ◦C mediante oxidación anódica con H2O2 electrogenerado (OA-H2O2), electro-Fenton (EF), fotoelectro–Fenton (FEF), fotoelectro-Fenton solar (FEFS) usando un reactor de tanque agitado equipado con un ánodo de 3 cm2 de diamante dopado con boro (BDD) y un cátodo de difusión de aire de 3 cm2 de carbono-politetrafluoroetileno. Después de establecer las mejores condiciones para la mineralización de los ácidos en cada EAOP ensayado, el ácido 4-hidroxifenilacético se eligió como componente modelo. Este ácido se mezcló con agua residual de la industria del aceite de oliva (OOMW) con el fin de estudiar el efecto de la matriz en la degradación de dicho ácido, para lo cual se prepararon diferentes mezclas acuosas incrementando el porcentaje de OOMW desde 20% hasta 80 % v/v. En OA-H2O2, cada ácido y sus intermedios fueron destruidos principalmente por los radicales ●OH formados en la superficie del BDD. En EF, la eliminación de la materia orgánica mejoró con la producción adicional de ●OH en el medio a partir de la reacción de Fenton entre el H2O2 generado en el cátodo y el Fe2+ (50 mM) añadido al comienzo del experimento. En el caso del FEF, el proceso se aceleró gracias a la acción fotocatalítica de la radiación UVA proporcionada por una lámpara de 6 W mientras que en FEFS, la disolución fue expuesta a la iluminación solar, la cual ayudó a incrementar la degradación de cada ácido. En cada tratamiento, se evaluó minuciosamente la influencia de la densidad de corriente y la concentración inicial de ácido sobre la eliminación del carbono orgánico total (TOC). Además, se siguió la disminución de la demanda química de oxígeno (DQO) y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) en las pruebas realizadas con OOMW. Los ácidos carboxílicos alifáticos de cadena corta generados durante los tratamientos fueron identificados y cuantificados por HPLC de exclusión iónica, apareciendo en cada caso el ácido oxálico. Los compuestos intermedios aromáticos se identificaron por GC-MS. Finalmente, se determinó qué camino de reacción de cada ácido obedecía a una reacción de pseudo-primer orden basado en todos los intermedios detectados.

The destruction of trans-cinnamic, trans-ferulic and 4-hydroxyphenylacetic acids was performed under similar experimental conditions, separately. Solutions of 100 mL of each acid in 0.050 M Na2SO4 at acidic pH 3.0 and constant temperature of 35 ºC were treated by anodic oxidation with electrogenerated H2O2 (AO-H2O2), electro-Fenton (EF), UVA photoelectro-Fenton (PEF) and solar photoelectro-Fenton (SPEF) using a stirred tank reactor equipped with a 3 cm2 boron-doped diamond (BDD) anode and a 3 cm2 carbon-polytetrafluoroethylene air-diffusion cathode. After establishing the best conditions for the mineralization of the acids in each EAOP tested, 4-hydroxyphenylacetic acid was chosen as a model component. This acid was spiked into the OOMW in order to study the matrix effect, including aqueous mixtures with different percentages of this wastewater, over its degradation performance. In AO-H2O2, each acid and its intermediates were pre-eminently destroyed by ●OH formed at the BDD surface. In EF, the removal of organic matter was enhanced by the additional production of ●OH in the bulk from Fenton’s reaction between H2O2 generated at the cathode and Fe2+ added at the beginning of experiment (0.50 mM). In the case of PEF, the process was accelerated thanks to the photocatalytic action of UVA radiation provided by a 6 W lamp. In SPEF, the solution was exposed to sunlight illumination. In each treatment, the influence of current density and initial acid concentration on total organic carbon (TOC) decay was, thoroughly assessed. Additionally, the chemical oxygen demand (COD) and the 5-day biochemical oxygen demand (BOD5) were followed in the runs performed with OOMW. Short-chain aliphatic carboxylic acids generated during treatments were identified and quantified by ion-exclusion HPLC, whereas aromatic intermediates were identified by GC-MS. A reaction pathway for each acid was finally proposed as a pseudo first order based on all the detected intermediates.