Removal of Cr and Organic Matter from Real Tannery Wastewater via Fenton-like Process Using Commercial Nano-Scale Zero-Valent Iron

Vasquez, Yaneth; Franco, Jair; Vasquez, Mario; Agudelo, Felipe; Petala, Eleni; Filip, Jan; Galvis, Jose; Herrera, Oscar

doi:https://doi.org/10.3390/w16050754

Ítem

Acceso Abierto

Removal of Cr and Organic Matter from Real Tannery Wastewater via Fenton-like Process Using Commercial Nano-Scale Zero-Valent Iron

https://repository.urosario.edu.co/handle/10336/42945
https://doi.org/10.3390/w16050754

Autores

Vasquez, Yaneth

Franco, Jair

Vasquez, Mario

Agudelo, Felipe

Petala, Eleni

Filip, Jan

Galvis, Jose

Herrera, Oscar

Fecha

2024-03-01

Editor

MDPI

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Resumen

Las aguas residuales de la curtiduría (TWT) contienen contaminantes orgánicos y Cr, que pueden afectar negativamente a la vida acuática y tener efectos cancerígenos. En este estudio, investigamos el rendimiento de un proceso similar a Fenton que utiliza hierro de valencia cero (nZVI) comercial a nanoescala para la eliminación simultánea de Cr y materia orgánica de TWT real. Utilizamos un diseño experimental para seleccionar los principales parámetros operativos. Un diseño de Plackett-Burman identificó variables para la eliminación de Cr total y DQO, seguido de un diseño compuesto central (CC-D) para determinar los niveles variables óptimos. Finalmente, se utilizó la metodología de superficie de respuesta (RSM) para encontrar la concentración óptima de variables individuales que influyen en la eliminación total de Cr. Además, se exploró el efecto de las sustancias coexistentes relacionadas con el cuero que influyeban en la eficiencia del proceso y la posibilidad de reciclar nZVI. La inclusión de nZVI fue significativamente más efectiva para eliminar tanto Cr-total como DQO (97,3% ± 5,7% y 73,9% ± 9,1%, respectivamente), mientras que el proceso tradicional de Fenton logró tasas de eliminación más bajas (55,6% ± 10,0% para Cr- total y 34,8% ± 10,9% para DQO). Las condiciones óptimas para el proceso tipo Fenton fueron nZVI/H2O2 = 1,05 p/p y pH = 2,93. Los mejores resultados los obtuvimos durante los primeros 5 min de reacción, los cuales aumentaron después de 48 h de agitación y posterior neutralización. Según los resultados de cuatro ciclos consecutivos, nZVI mostró una alta reutilización (97%) sin comprometer su potencia de adsorción. El análisis XPS confirmó la eliminación de Cr a través del mecanismo de adsorción en la superficie de nZVI. Por lo tanto, un proceso similar a Fenton basado en nZVI puede usarse como una alternativa prometedora para el tratamiento de aguas residuales orgánicas y de Cr.

Abstract

The tannery wastewater from the tanning stage (TWT) comprises organic and Cr pollutants, which can adversely affect aquatic life and have carcinogenic effects. In this study, we investigated the performance of a Fenton-like process using commercial Nano-scale zero-valent iron (nZVI) for the simultaneous removal of Cr and organic matter from real TWT. We used an experimental design to select the principal operating parameters. A Plackett Burman design identified variables for Cr-total and COD removal, followed by a central composite design (CC-D) to determine optimal variable levels. Finally, the response surface methodology (RSM) was used to find the optimum concentration of individual variables influencing Cr-total removal. Additionally, the effect of the leather-related, co-existing substances that influenced the efficiency of the process and the possibility of recycling nZVI were explored. The inclusion of nZVI was significantly more effective at removing both Cr-total and COD (97.3% ± 5.7% and 73.9% ± 9.1%, respectively), whereas the traditional Fenton process achieved lower removal rates (55.6% ± 10.0% for Cr-total and 34.8% ± 10.9% for COD). The optimal conditions for the Fenton-like process were nZVI/H2O2 = 1.05 w/w, and pH = 2.93. We obtained the best results during the first 5 min of the reaction, which increased after 48 h of agitation and subsequent neutralization. According to the results of four consecutive cycles, nZVI exhibited high reusability (97%) without compromising its adsorption potency. XPS analysis confirmed Cr removal through the adsorption mechanism on the nZVI surface. Hence, a Fenton-like process based on nZVI can be used as a promising alternative for treating organic and Cr wastewater.