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Type: Tese
Title: Estudo comparativo dos processos de eletrocoagulação e fotólise com aeração na remoção de fármacos em efluentes de estação de tratamento de esgoto (ETE)
Title in English: Comparative study of electrocoagulation and photolysis processes with aeration in the removal of drugs in sewage treatment plant (WWTP) effluents
Authors: Oliveira, Juliene Tomé
Advisor: Nascimento, Ronaldo Ferreira do
Keywords in Brazilian Portuguese : Experimental;Planejamento;Superfície de Resposta;Tratamento Eletrolítico
Keywords in English : Experimental Design;Response Surface;Electrolyte Treatment;DFT
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Issue Date: 2024
Citation: OLIVEIRA, Juliene Tomé. Estudo comparativo dos processos de eletrocoagulação e fotólise com aeração na remoção de fármacos em efluentes de estação de tratamento de esgoto (ETE). 2024. 172 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: O uso extensivo de produtos farmacêuticos resulta em seu lançamento nas estações de tratamento de águas residuais. Mesmo em concentrações reduzidas, estes compostos podem impactar significativamente o meio ambiente e a saúde humana. Este estudo investigou condições ótimas de eletrocoagulação (EC) e fotólise com aeração (FA) para remover os fármacos trimetoprima (TMP), paracetamol (PAR) e ibuprofeno (IBP) e carbono orgânico total (TOC) do esgoto doméstico. Foram realizados estudos das variáveis pH, densidade de corrente e duty cycle para a EC, além do pH e do fluxo para a FA, utilizando a metodologia de superfície de resposta com base no delineamento composto central. Além disso, foi desenvolvido um método analítico utilizando QuEChERS simplificado (s-QuEChERS) e HPLC-DAD para quantificar TMP, PAR e IBP em efluentes de Estações de Tratamento de Esgoto (ETE). Todos os medicamentos apresentaram boa linearidade (coeficientes de correlação > 0,99), com LDs e LQs variando de 0,54 a 1,76 mg L-1 e 1,64 a 5,34 mg L-1. Os resultados confirmaram a precisão e exatidão do método. Os gráficos de superfície de resposta demonstraram uma maior remoção quando o pH, a densidade de corrente e o duty cycle foram elevados no processo de EC. No entanto, no processo de FA, apesar do aumento na remoção com o pH, o fluxo mostrou um efeito antagônico. Condições ideais (pH 5,45, densidade de corrente 12,14 A m-2 e duty cycle 55,10%) alcançaram taxas de remoção de 43,23% (TMP), 45,52% (PAR), 79,07% (IBP) e 57,16% (COT) para o processo de EC e para o processo de FA as condições otimizadas (pH 7,02 e fluxo de 99,14 mL min-1) alcançaram taxas de remoção de 36,00 % (TMP), 41,85% (PAR), 46,01% (IBP) e 28,92% (COT). A análise de variância (ANOVA) validou modelos polinomiais de segunda ordem, com altos valores de F e baixa probabilidade (p < 0,0001), indicando forte correlação entre os níveis experimentais e previstos para remoção de fármaco e matéria orgânica. A eletrocoagulação mostrou maior eficácia na remoção de fármacos e COT em comparação com a fotólise com aeração. Assim, a eletrocoagulação foi escolhida como principal método de tratamento, enquanto a fotólise com aeração foi usada como etapa complementar. Houve aumento significativo na remoção dos fármacos e do COT com a combinação dos processos, alcançando: TMP de 43,03% para 75,95%, PAR de 45,75% para 71,78%, IBP de 78,79% para 96,01% e COT de 56,77% para 78,72%.
Abstract: The extensive use of pharmaceuticals results in their release into wastewater treatment plants. Even at reduced concentrations, these compounds can significantly impact the environment and human health. This study investigated optimal conditions of electrocoagulation (EC) and photolysis with aeration (AF) to remove the drugs trimethoprim (TMP), paracetamol (PAR) and ibuprofen (IBP) and total organic carbon (TOC) from domestic sewage. Studies of the variables pH, current density and duty cycle for CE, as well as pH and flow for AF were carried out, using the response surface methodology based on the central composite design. In addition, an analytical method was developed using simplified QuEChERS (s-QuEChERS) and HPLC-DAD to quantify TMP, PAR and IBP in effluents from Sewage Treatment Plants (WWTP). All drugs showed good linearity (correlation coefficients > 0.99), with LDs and LQs ranging from 0.54 to 1.76 mg L-1 and 1.64 to 5.34 mg L-1. The results confirmed the precision and accuracy of the method. Response surface plots demonstrated greater removal when pH, current density, and duty cycle were elevated in the EC process. However, in the AF process, despite the increase in removal with pH, the flow showed an antagonistic effect. Ideal conditions (pH 5.45, current density 12.14 A m-2 and duty cycle 55.10%) achieved removal rates of 43.23% (TMP), 45.52% (PAR), 79.07% (IBP) and 57.16% (TOC) for the EC process and for the FA process the optimized conditions (pH 7.02 and flow of 99.14 mL min-1) achieved removal rates of 36.00 % (TMP), 41.85% (PAR), 46.01% (IBP) and 28.92% (COT). Analysis of variance (ANOVA) validated second-order polynomial models, with high F values and low probability (p < 0.0001), indicating a strong correlation between experimental and predicted levels for drug removal and organic matter. Electrocoagulation showed greater efficacy in drug removal and TOC compared to photolysis with aeration. Thus, electrocoagulation was chosen as the main treatment method, while photolysis with aeration was used as a complementary step. There was a significant increase in the removal of drugs and TOC with the combination of the processes, reaching: MPR from 43.03% to 75.95%, PAR from 45.75% to 71.78%, IBP from 78.79% to 96.01% and TOC from 56.77% to 78.72%.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77890
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0682-9376
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/5025346103892574
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6393-6944
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/6345440666273561
Access Rights: Acesso Aberto
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