Coupling of heterogeneous photocatalysis and aerobic biological process of activated sludge to treat wastewater containing Chlorpyrifos

Abstract

Chlorpyrifos is one of the most commonly used pesticides in Colombia, being the most commonly used in the department of Norte de Santander, where its usefulness has been proven to protect crops of rice, coffee, etc. However, due to improper use by farmers, this has brought negative consequences for the environment and the health of people, which is why in 2014 there were 715 cases of poisoning by this substance in the department. In order to generate a technically viable alternative for the treatment of agricultural wastewater containing Chlorpyrifos and advancing in the decontamination of receiving water bodies, the effectiveness of the heterogeneous photocatalysis coupling in a Composite Parabolic Collector - CPC and an aerobic biological process of activated sludge in batch. The photocatalysis was performed in a CPC of 0.83 m2, using sunlight as a source of energy (20, 40 and 60 KJ.L-1 ) and titanium dioxide - TiO2 Degussa P25 as a catalyst (100, 350 and 600 mg. L-1 ), at a pH of 3, 6 and 9 and as an aerobic biological process the Zahn-Wellens Test was used. The photocatalytic process achieved a maximum DQO removal of 44.2% and COD of 35.3%, for optimal conditions 159.19 mg.L-1 of TiO2 and 3.47 pH units. The biological process managed to degrade 17.0% of DQO and 9.3% of COD for wastewater without pretreatment. After pretreatment by photocatalysis, the removal of the biological process increased to 88.2% DQO and 67.8% COD. From the results obtained, it is established that the coupling of heterogeneous photocatalysis and an aerobic biological process is a viable alternative for the treatment of agricultural wastewater with the presence of Chlorpyrifos.

El Clorpirifos es uno de los plaguicidas que más se utiliza en Colombia, siendo el de mayor uso en el departamento de Norte de Santander, en donde su utilidad ha sido comprobada para proteger cultivos de arroz, café, etc. No obstante, debido al uso inadecuado por parte de los agricultores, este ha traído consecuencias negativas para el medio ambiente y la salud de las personas, es así como para el año 2014 se registraron 715 casos de intoxicación por esta sustancia en el departamento. Con el fin de generar una alternativa técnicamente viable para el tratamiento de las aguas residuales agrícolas con contenido de Clorpirifos y avanzar en la descontaminación de los cuerpos de agua receptores, se evaluó la eficacia del acople de fotocatálisis heterogénea en un Colector Parabólico Compuesto - CPC y un proceso biológico aerobio de lodos activados en batch. La fotocatálisis se realizó en un CPC de 0.83 m2 , usando luz solar como fuente de energía (20, 40 y 60 KJ.L-1 ) y dióxido de titanio - TiO2 Degussa P25 como catalizador (100, 350 y 600 mg.L-1 ), a pH de 3, 6 y 9 y como proceso biológico aerobio se utilizó el Test de Zahn-Wellens. El proceso fotocatalítico alcanzó una remoción máxima de DQO del 44.2% y COD del 35.3%, para condiciones óptimas 159.19 mg.L-1 de TiO2 y 3.47 unidades de pH. El proceso biológico logró degradar el 17.0% de DQO y 9.3% del COD para el agua residual sin pretratamiento. Después del pretratamiento mediante fotocatálisis, la remoción del proceso biológico aumentó a un 88.2% de DQO y 67.8% de COD. De los resultados obtenidos se establece que el acople de fotocatálisis heterogénea y un proceso biológico aerobio, es una alternativa viable para el tratamiento de aguas residuales agrícolas con presencia de Clorpirifos.