Effect of inorganic and organic compounds on PAA decay kinetics : definition of a predictive model in wastewater disinfection

Peracetic acid (PAA) is a strong oxidant and disinfectant that is attracting attention in wastewater treatment, thanks to wide spectrum of antimicrobial activity. The major advantages of PAA for wastewater disinfection are: easy retrofit of existing facilities using sodium hypochlorite, wide spectrum of antimicrobial activity, absence of persistent toxic or mutagenic residuals or by-products and effectiveness for primary and secondary effluents. The main aim of this research was improving and validating preliminary results obtained by Delli Compagni et al. (2016), by the formulation of a predictive model for PAA decay in terms of easy-to-measure parameters which characterise secondary effluents. On this basis, different PAA decay test, in presence of organic and inorganic compounds, were performed. As for organic compounds, the characteristics that differentiate proteins, responsible of PAA initial consumption, from the other compounds of organic matter were investigated with different batch experiments in presence of organic nitrogen and thiol group. As for the inorganic compounds, the object of this work is clarified the influence of inorganic nitrogen on PAA decay, thanks to a suitable DoE plan. Lastly, in order to validate the preliminary results of Delli Compagni, batch tests were performed in presence of proteins, iron and orthophosphate. The experiments revealed that inorganic nitrogen does not affect significantly the PAA decay, while only organic nitrogen in proteins has a remarkable effect. As for thiol group, it was observed an immediate PAA consumption but lower than the initial PAA consumption observed with proteins, that not allows to exclude the contributions of other functional groups. Lastly, a predictive model for PAA decay was proposed and validated in real wastewater, in which the organic nitrogen in proteins was selected as proxy variable to correlate the initial PAA consumptions to an easy-to-measure parameter. Moreover, the obtained model demonstrated to be a good tool to predict the PAA concentration over time, though it slightly underestimates the PAA consumption with the increase of COD and protein nitrogen concentrations.

L’acido peracetico (PAA) è un forte ossidante e disinfettante che, negli ultimi anni, ha acquisito maggiore interesse nell’ambito del trattamento delle acque reflue, grazie ad un ampio spettro di attività antimicrobica. I principali vantaggi, legati all’utilizzo del PAA nella disinfezione delle acque reflue, sono: facile retrofit degli impianti esistenti ad ipoclorito di sodio, ampio spettro di attività antimicrobica, assenza di residui tossici, mutageni e di sottoprodotti nocivi e l’elevata efficacia per il trattamento di effluenti primari e secondari. L'obiettivo principale di questa ricerca è stato quello di migliorare e convalidare i risultati preliminari ottenuti da Delli Compagni et al. (2016), al fine di formulare un modello predittivo del decadimento del PAA in termini di parametri di facile misurazione, che caratterizzano gli effluenti secondari. Per questo motivo, sono stati realizzati diversi esperimenti di decadimento in presenza di composti organici e inorganici. Per quanto riguarda i composti organici, le caratteristiche che differenziano le proteine, responsabili del consumo iniziale di PAA, dagli altri composti presenti nella materia organica, sono state studiate tramite diversi esperimenti, nei quali è stato analizzato il decadimento del PAA in presenza di proteine, azoto organico e zolfo ridotto. Per quanto riguarda i composti inorganici, l'obiettivo di questo lavoro è stato chiarire l'influenza dell’azoto inorganico sul decadimento del PAA, grazie ad un opportuno DoE. Infine, al fine di validare i risultati ottenuti da Delli Compagni, sono stati eseguite prove di decadimento in presenza di proteine, ferro e ortofosfato. Gli esperimenti di decadimento con azoto inorganico hanno dimostrato che esso non influenza il decadimento del PAA mentre, per quanto riguarda l’azoto organico, gli esperimenti hanno dimostrato che solo l’azoto contenuto nelle proteine ha un effetto considerevole. Gli esperimenti con lo zolfo ridotto hanno mostrato un consumo immediato di PAA ma di minore entità rispetto al consumo iniziale di PAA osservato in presenza di proteine, che non consente di escludere i contributi degli altri gruppi funzionali. Infine, è stato proposto e validato un modello predittivo per il decadimento del PAA in acque reflue. In particolare, l'azoto organico contenuto nelle proteine è stato selezionato come variabile proxy per correlare i consumi iniziali di PAA ad un parametro di facile misurazione. Il modello predittivo ottenuto si è dimostrato un valido strumento per prevedere la concentrazione di PAA nel tempo, anche se ha mostrato di sottostimare leggermente il consumo di PAA al crescere delle concentrazioni di azoto proteico e COD