Reator Fotoquímico para Tratamento de Efluentes Líquidos

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Florentino, H.C. (IFSP CAMPUS CAPIVARI) ; Santos, A.P. (IFSP CAMPUS CAPIVARI)

Resumo

Diante a crise hídrica vivenciada pelo estado de São Paulo, nota-se uma necessidade de investigar métodos eficientes e econômicos para o tratamento de água. Os processos oxidativos avançados (POAs) se caracterizam por transformar a maioria dos contaminantes orgânicos em CO₂, água e ânions inorgânicos, por meio de reações de degradação que envolvem principalmente os radicais livres hidroxila, como os que utilizam os reagentes Fenton combinado à radiação UV. Construiu-se um reator fotoquímico utilizando o processo foto-Fenton para degradação do corante orgânico alaranjado de metila em solução. O reator obteve resultados adequados de degradação utilizando o processo foto-Fenton, onde a concentração do corante variou de 0,823 ppm para 0,011 ppm, obtendo uma remoção de 82% do mesmo.

Palavras chaves

Tratamento de água; Reator Fotoquímico; Foto-Fenton

Introdução

A recente crise hídrica vivenciada, principalmente pelo estado de São Paulo e por outros estados brasileiros, evidenciou problemas decorrentes do crescimento populacional e falta de consciência com o meio ambiente: poluição dos mananciais em função da emissão de poluentes de diversas origens, o uso indevido e excessivo da água potável (DUARTE et al, 2005) e a fragilidade do fornecimento de água potável para a população. Os Processos Oxidativos Avançados (POA’s) se caracterizam por transformar a grande maioria dos contaminantes orgânicos em CO₂, H₂O e ânions inorgânicos, por meio de reações de degradação que envolvem espécies oxidantes, principalmente radicais livres (DUARTE et al, 2005; DANIEL, 2001; TEIXEIRA; JARDIM, 2004). O processo Fenton foi observado inicialmente a partir da degradação de ácidos orgânicos por H₂O₂, catalisada por Fe²⁺, onde os HO^• formados são responsáveis pela degradação de compostos orgânicos, inclusive no escuro (NOGUEIRA et al, 2007). Atualmente, o processo Fenton combinado com a radiação UV (conhecido como foto-Fenton) é um dos POA’s mais efetivos no que diz respeito à degradação da matéria orgânica (DUARTE et al, 2005; OPPENLÄNDER, 2003; NOGUEIRA et al, 2007), atingindo bons resultados em menor tempo. No processo foto-Fenton ocorre a fotorredução da espécie Fe(OH) ²⁺ (em pH 2 – 3) a Fe²⁺, que uma vez regenerado reage com novas moléculas de H₂O₂ produzindo novas espécies HO^•, em uma reação em cadeia. O princípio utilizado em reatores é a fotólise de substâncias que geram espécies reativas que degradam a matéria orgânica. Se a degradação for completa não são gerados resíduos tóxicos ou lodo ao final do processo.

Material e métodos

Escolheu-se o corante orgânico alaranjado de metila (marca Nuclear, produzido por Casa da Química ind e Com. Ltda) como fonte de matéria orgânica por estar em estoque no laboratório. Utilizando soluções do corante a 5 ppm e a 10 ppm, realizou-se a varredura no espectrofotômetro, modelo Genesys 10S UV-Vis Spectrophotometer (Thermo Scientific), na região do visível (de 400 nm a 800 nm) para determinar o comprimento de onda (λ_máx) onde a absorção é máxima. Em seguida, construiu-se a curva analítica do alaranjado de metila com diluições em triplicatas de 1, 2, 4, 6, 8 e 10 ppm. Para o tratamento, utilizou-se soluções de 1 L do corante a 1 ppm. Preparou-se soluções de Fe²⁺ a 2 mg/L, utilizando o FeSO₄∙7H₂O PA (Reagen, Quimibrás Insdústria Química Ltda), e de H₂O₂ a 60% (v/v) (Dinâmica, Química Contemporânea Ltda). Para tratar a solução do corante, utilizou-se 5 mL da solução de Fe²⁺ e 2,5 mL de H₂O₂. Um barrilete de armazenamento de água destilada, com capacidade para 5 L, foi utilizado como o tanque de armazenamento. A solução de alaranjado de metila foi bombeada para do fotoquímico para lâmpada germicida (AquaUV – Cristal, Cleanjump) com o uso de bomba peristáltica. Retirou-se amostras, com volume suficiente para realização de todas as análises, a cada 10 min durante de 1 hora e 30 min. Analisou-se as amostras retiradas do reator, em triplicata, no espectrofotômetro utilizando λ_máx encontrada anteriormente. Acoplou-se um medidor de pH (mPA-210, MS Tecnopron Instrumentação) ao reator para acompanhar as variações de pH e de temperatura durante o tratamento.

Resultado e discussão

Após feita a varredura com as soluções, o valor de λ_máx encontrado foi de 464 nm, comprimento de onda a partir do qual construiu-se a curva analítica do alaranjado de metila, obtendo-se a equação da reta y = 0,0788x + 0,0128, com R² = 0,9999, onde x corresponde a concentração do corante em ppm e y a absorvância. Foi possível perceber visualmente a mudança na solução de alaranjado de metila após o tratamento foto-Fenton em reator fotoquímico de lâmpada germicida, conforme mostra a Figura 1. O pH se manteve em torno de 4 durante todo o tratamento, enquanto a temperatura aumentou de 20,8 ºC para 27,8 ºC. A absorvância diminuiu com o passar do tempo e, consequentemente, a concentração também diminuiu. Utilizando a equação da reta calculou-se a concentração do alaranjado de metila em relação às absorvâncias observadas no decorrer do tratamento. Todos os dados obtidos estão na Figura 2.

Solução de alaranjado de metila antes (A) e depois (B) do tratamento no reator fotoquímico.


Variações de pH, temperatura, absorvância e de concentração durante o tratamento no reator fotoquímico.

Conclusões

O reator fotoquímico obteve resultados adequados, onde o efluente inicial apresentou uma absorvância média de 0,078 e uma concentração do corante de 0,823 ppm, e após 90 min de tratamento, uma absorvância de 0,014 e concentração de 0,011 ppm, obtendo uma remoção de 82% do corante. O processo Fenton é mais eficiente em meio ácido, o que justifica o decaimento de pH. O reator utiliza luz UV como catalisador da reação, o que pode ter causado um aumento na temperatura da solução. Será estudado o método de separação via coluna de adsorção para retirada de possíveis sólidos suspensos.

Agradecimentos

Referências

DANIEL, L.A. (coordenador) Métodos alternativos de desinfecção da água. Processos de desinfecção e desinfetantes alternativos na produção de água potável. São Carlos: Editora Rima. 2001. 149p. DUARTE, E.T.F.M. et al. Construção e estudos de performance de um reator fotoquímico tipo CPC (“Compound Parabolic Concentrator”). Química Nova, v.28, n.5, pp. 921-926, 2005. NOGUEIRA, R.F.P. et al. Fundamentos e aplicações ambientais dos processos Fenton e foto-Fenton. Química Nova, v.30, n.2, pp. 400-408, 2007. OPPENLÄNDER, T. Photochemical Purification of Water and Air: Advanced Oxidation Processes (AOPs): Principles, Reaction Mechanisms, Reactor Concepts, Alemanha: Wiley-VCH, 2003. 368p. TEIXEIRA, C.P. de A.B.; JARDIM, W. de F. Processos Oxidativos Avançados: conceitos teóricos. Caderno temático, v. 3. Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Instituto de Química – IQ, Laboratório de Química Ambiental – LQA. Campinas, 2004.