Toepasbaarheid van ozonisatie en CuO gebaseerde AOP's voor de afbraak van recalcitrante organische verbindingen uit afvalwater

De beschikbaarheid van zoet water is een van de grootste mondiale uitdagingen geworden, onder andere als gevolg van steeds toenemende problemen met de waterkwaliteit. De aanwezigheid van micropolluenten zoals farmaceutische producten, producten voor persoonlijke verzorging (PPCP's), herbiciden, pesticiden en andere synthetische organische componenten, waarvan is aangetoond dat ze een groot risico vormen voor de menselijke gezondheid en het aquatisch milieu, dragen in grote mate bij tot dit probleem. De aanwezigheid van deze deze micropolluenten in water en hun verwijdering trekken dan ook veel aandacht. Door hun persistente en recalcitrante eigenschappen zijn ze moeilijk te behandelen met traditionele afvalwaterzuiveringsmethoden (bv. biologische zuivering). In dit verband moeten dringend efficiëntere behandelingsprocessen ontwikkeld komen.
Geavanceerde oxidatieprocessen (AOP's) zijn een veelbelovende techniek gebleken om deze problemen aan te pakken, dankzij de in-situ generatie van sterke oxidatieve radicalen om biorecalcitrante organische verbindingen af te breken. Verschillende AOP's zijn toegepast voor de verwijdering van een groot aantal recalcitrante organische verontreinigingen. Ongeacht of het om conventionele AOP's (op ozon gebaseerde processen) dan wel om opkomende AOP's (op katalysatoren gebaseerde processen) gaat, zijn er verschillende uitdagingen aanwezig. Daarom werden in dit onderzoek verschillende conventionele en innovatieve AOP's geselecteerd om hun toepasbaarheid voor de verwijdering van recalcitrante organische verontreinigende stoffen te vergelijken. De geschiktheid van AOP's op basis van ozon en AOP's op basis van CuO/PMS voor de afbraak van diverse recalcitrante organische verbindingen wordt geëvalueerd, en verschillende technieken vergeleken om de meest geschikte AOP's te identificeren.In hoofdstuk 2 wordt natriumpercarbonaat (SPC) geïntroduceerd om het O3-systeem te activeren als vervanger van H2O2 voor de afbraak van dichloorvos (DDVP). De DDVP verwijderingsefficiëntie wordt systematisch geëvalueerd in functie van de initiële pH, O3 dosering, SPC dosering en watermatrix. In hoofdstuk 3 wordt een op ozon gebaseerde AOP (O3/UV) toegepast voor de afbraak van benzalkoniumchloride (DDBAC). In tegenstelling tot de O3-behandeling is de O3/UV-behandeling echter een efficiënte methode voor de verwijdering van DDBAC bij lage ozondosering en neutrale pH, wat wordt verklaard door het katalytische effect van UV ten opzichte van O3. 
In hoofdstuk 4 worden directe UV afbraak en CuO/peroxymonosulfaat (CuO/PMS) vergeleken voor de afbraak van DDBAC onder verschillende omstandigheden. Uit de resultaten blijkt dat directe UV kan worden toegepast voor relatief helder water dat DDBAC bevat, terwijl donker afvalwater dat DDBAC bevat met een hoge verontreinigingsgraad kan worden behandeld door het CuO/PMS systeem. In hoofdstuk 5 worden de effectiviteit van twee oxidatiesystemen, PMS en CuO/PMS, getest voor de behandeling van synthetisch afvalwater dat verschillende soorten recalcitrante verontreinigende stoffen bevat: methyleenblauw (MB), methyloranje (MO), ciprofloxacine (CIP) en Rhodamine B (RhB). De toepassing van PMS kan een goede optie zijn voor de behandeling van effluenten met een lage concentratie, zoals verontreinigd water dat relatief lage concentraties (50 mg/L) van minder recalcitrante verontreinigende stoffen (MO) bevat. Het CuO/PMS-systeem is echter zeer efficiënt voor sterk vervuild afvalwater. In hoofdstuk 6 worden innovatieve biochar/CuO en biochar/Fe3O4/CuO composiet katalysatoren gesynthetiseerd en gebruikt om PMS te activeren voor de afbraak van RhB. De resultaten tonen aan dat Gecombineerd met PMS, biedt de biochar/Fe3O4/CuO composiet een potentieel alternatief voor de afbraak van recalcitrante organische verontreinigende stoffen uit afvalwater. 
In het algemeen zijn op ozon gebaseerde AOP's en op CuO gebaseerde PMS AOP's efficiënt voor de verwijdering van verschillende recalcitrante organische verbindingen uit afvalwater. Als representatieve conventionele AOP's kunnen AOP's op basis van ozon eenvoudig in grootschalige toepassingen worden ingezet. Hoewel op CuO gebaseerde PMS AOP's veel voordelen vertonen in vergelijking met andere conventionele AOP's, zijn er nog steeds enkele uitdagingen om de nanomaterialen direct op grote schaal toe te passen. Op CuO gebaseerde nanomaterialen bieden een potentieel gebruik voor een grootschalige installatie gezien de lage toxiciteit en kostprijs. Bovendien hangt de selectie van AOP's af van de eigenschappen van de verontreinigende stoffen en de belasting van het afvalwater. De resultaten van dit onderzoek leveren criteria op voor de selectie van de meest geschikte AOP's.