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Optimising landfill leachate treatment: integrated coagulation/flocculation and fenton approaches
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Authors
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Abstract(s)
The continuous accumulation of municipal solid waste in landfills has resulted in the generation of significant volumes of leachate, a complex and highly contaminated liquid effluent. This leachate is typically enriched with high concentrations of organic matter, ammonia nitrogen, heavy metals, and recalcitrant compounds such as humic and fulvic acids, which collectively confer low biodegradability and considerable variability in composition. These characteristics pose substantial limitations to conventional treatment technologies, often resulting in inefficient pollutant removal. Due to its potential to cause severe environmental contamination of soil and water bodies, the implementation of advanced and economically feasible treatment solutions is imperative. This study proposed and evaluated an integrated two-stage treatment strategy designed to enhance the efficiency of landfill leachate remediation processes. The proposed treatment procedure was initiated with a coagulation–flocculation (C – F) pre-treatment designed to promote the aggregation and subsequent removal of suspended solids and colloidal organic matter, thereby reducing turbidity and the initial organic load. This step was succeeded by an advanced oxidation process (AOP) based on the Fenton reaction, which relies on the in-situ generation of hydroxyl radicals (•OH) to oxidise refractory organic constituents. Following the C – F stage, a marked reduction in chemical oxygen demand (COD) and a concomitant increase in five-day biochemical oxygen demand (BOD₅) were observed, resulting in a significant improvement in the COD/BOD₅ ratio, a critical parameter for assessing effluent biodegradability. Process optimisation was conducted using Minitab® software, identifying the optimal Fenton conditions at pH 3.4, Fe²⁺ dosage of 8.96 g L-1, and H₂O₂ (30% w/w) volume of 30 mL L-1 of leachate. Under these conditions, the COD removal efficiency reached approximately 92%, and the COD/BOD₅ ratio increased from 0.053 to 0.87, indicating a substantial enhancement in biodegradability. The integration of physicochemical and oxidative processes has demonstrated high efficacy in mitigating the complex pollutant matrix of landfill leachate, offering a technically robust and environmentally sustainable strategy for effluent management. The goal was to propose a comprehensive and efficient solution for managing this effluent, supporting environmental sustainability and public health protection.
A acumulação contínua de resíduos sólidos urbanos nos aterros resulta na geração de volumes significativos de lixiviado, um efluente líquido complexo e altamente contaminado. Este lixiviado apresenta geralmente elevadas concentrações de matéria orgânica, azoto amoniacal, metais pesados e compostos recalcitrantes como os ácidos húmicos e fúlvicos, os quais conferem baixa biodegradabilidade e elevada variabilidade na composição. Estas características impõem limitações substanciais às tecnologias de tratamento convencionais, conduzindo frequentemente a remoções ineficazes dos poluentes. Perante o seu elevado potencial de causar contaminação ambiental grave do solo e da água, torna-se imperativa a implementação de soluções de tratamento avançadas e economicamente sustentáveis. Este estudo propôs e avaliou uma estratégia integrada de tratamento em duas fases, concebida para melhorar a eficiência dos processos de remediação do lixiviado de aterro. O tratamento proposto iniciou-se com uma pré-etapa de coagulação-floculação (C – F), destinada a promover a agregação e subsequente remoção de sólidos suspensos e matéria orgânica coloidal, reduzindo assim a turbidez e a carga orgânica inicial. Seguiu-se um processo de oxidação avançada (AOP) baseado na reação de Fenton, que depende da geração in situ de radicais hidroxilo (•OH) para oxidar compostos orgânicos refratários. Após a etapa de C – F, observou-se uma redução significativa na carência química de oxigénio (CQO) e um aumento concomitante na carência bioquímica de oxigénio a cinco dias (DBO₅), resultando numa melhoria notável da razão DBO₅/CQO – um parâmetro crucial na avaliação da biodegradabilidade dos efluentes. A otimização do processo foi realizada com recurso ao software Minitab®, tendo sido identificadas as condições ótimas da reação de Fenton: pH 3.4, dosagem de Fe²⁺ de 8.96 g L⁻¹ e volume de H₂O₂ (30% w/w) de 30 mL L⁻¹ de lixiviado. Nestas condições, a eficiência de remoção da CQO atingiu aproximadamente 92% e a razão DBO₅/CQO aumentou de 0.053 para 0.87, evidenciando uma melhoria substancial na biodegradabilidade. A integração de processos físico-químicos e oxidativos demonstrou elevada eficácia na mitigação da complexa matriz poluente do lixiviado de aterro, oferecendo uma solução tecnicamente robusta e ambientalmente sustentável para a gestão deste tipo de efluente. O objetivo foi propor uma abordagem abrangente e eficiente para a gestão deste efluente, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e para a proteção da saúde pública
A acumulação contínua de resíduos sólidos urbanos nos aterros resulta na geração de volumes significativos de lixiviado, um efluente líquido complexo e altamente contaminado. Este lixiviado apresenta geralmente elevadas concentrações de matéria orgânica, azoto amoniacal, metais pesados e compostos recalcitrantes como os ácidos húmicos e fúlvicos, os quais conferem baixa biodegradabilidade e elevada variabilidade na composição. Estas características impõem limitações substanciais às tecnologias de tratamento convencionais, conduzindo frequentemente a remoções ineficazes dos poluentes. Perante o seu elevado potencial de causar contaminação ambiental grave do solo e da água, torna-se imperativa a implementação de soluções de tratamento avançadas e economicamente sustentáveis. Este estudo propôs e avaliou uma estratégia integrada de tratamento em duas fases, concebida para melhorar a eficiência dos processos de remediação do lixiviado de aterro. O tratamento proposto iniciou-se com uma pré-etapa de coagulação-floculação (C – F), destinada a promover a agregação e subsequente remoção de sólidos suspensos e matéria orgânica coloidal, reduzindo assim a turbidez e a carga orgânica inicial. Seguiu-se um processo de oxidação avançada (AOP) baseado na reação de Fenton, que depende da geração in situ de radicais hidroxilo (•OH) para oxidar compostos orgânicos refratários. Após a etapa de C – F, observou-se uma redução significativa na carência química de oxigénio (CQO) e um aumento concomitante na carência bioquímica de oxigénio a cinco dias (DBO₅), resultando numa melhoria notável da razão DBO₅/CQO – um parâmetro crucial na avaliação da biodegradabilidade dos efluentes. A otimização do processo foi realizada com recurso ao software Minitab®, tendo sido identificadas as condições ótimas da reação de Fenton: pH 3.4, dosagem de Fe²⁺ de 8.96 g L⁻¹ e volume de H₂O₂ (30% w/w) de 30 mL L⁻¹ de lixiviado. Nestas condições, a eficiência de remoção da CQO atingiu aproximadamente 92% e a razão DBO₅/CQO aumentou de 0.053 para 0.87, evidenciando uma melhoria substancial na biodegradabilidade. A integração de processos físico-químicos e oxidativos demonstrou elevada eficácia na mitigação da complexa matriz poluente do lixiviado de aterro, oferecendo uma solução tecnicamente robusta e ambientalmente sustentável para a gestão deste tipo de efluente. O objetivo foi propor uma abordagem abrangente e eficiente para a gestão deste efluente, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e para a proteção da saúde pública
Description
Keywords
Biodegradability Coagulation–flocculation Environmental sustainability Fenton process Landfill leachate Wastewater treatment