Home » Blog » Processos Oxidativos Avançados (POA): conceito e aplicações

O descarte inapropriado de efluentes industriais e águas residuais no meio ambiente causa preocupação pública além de possíveis sanções legais, conforme legislação vigente.

Adicionalmente, este problema configura um importante desafio técnico para a comunidade científica envolvida na resolução de problemas ambientais. A contaminação de águas por espécies tóxicas ou recalcitrantes gera grandes impactos ambientais.

Muitos estudos têm sido realizados com intuito de desenvolver tecnologias capazes de minimizar o volume e a toxicidade dos efluentes industriais, de forma a permitir não somente a remoção de substâncias contaminantes, mas também sua completa mineralização. A toxicidade associada aos efluentes industriais pode estar intimamente relacionada com a presença de compostos recalcitrantes.

Compostos recalcitrantes ou refratários não são biodegradados pelos organismos normalmente presentes em sistemas biológicos de tratamento, nos usuais tempos de retenção hidráulica aplicados sendo, então, lançados nos corpos aquáticos receptores. Devido ao efeito de acumulação, podem atingir concentrações superiores à dose letal de alguns organismos, como invertebrados e peixes, levando à ocorrência de morte. Além disso, os efeitos cancerígenos e mutagênicos eventualmente podem ser observados em humanos como resultado da bioacumulação ao longo da cadeia alimentar.

Desta forma, normalmente, os tratamentos biológicos tornam-se ineficientes para enquadramento dos efluentes com alta taxa de compostos recalcitrantes dentro dos padrões exigidos pela legislação para descarga em corpos hídricos.

Os processos físico-químicos podem apresentar elevada eficiência de remoção da matéria orgânica no tratamento de efluentes com alta carga de compostos recalcitrantes. Contudo, os sistemas mais utilizados no Brasil - coagulação, filtração e precipitação química - não têm apresentado boa remoção deste material.

Nesse contexto, os Processos Oxidativos Avançados (POAs), têm se destacado como métodos alternativos promissores no tratamento de águas residuais e efluentes industriais.

Os POAs surgem, então, principalmente em razão de características como elevada capacidade e velocidade de degradação.

Os POA’s são largamente empregados no tratamento de águas residuárias, apresentando elevada eficiência na remoção de poluentes orgânicos, principalmente os recalcitrantes.

A eficácia dos POAs depende da geração de radicais livres reativos, sendo o mais importante o radical hidroxila (HO•). Exemplos de POAs: química de Fenton, fotólise e fotocatálise, sonólise, além das tecnologias de oxidação eletroquímica, que têm a capacidade de destruição total de muitos poluentes orgânicos.

Os radicais hidroxilas gerados nos POAs reagem rapidamente com muitos compostos orgânicos resultando em radicais orgânicos menos estáveis que propiciam uma série de reações de degradação terminando nos produtos de mineralização, como CO2 e H2O.

Dentre os POA’s, o sistema utilizando reagente Fenton destaca-se pela simplicidade de aplicação, rapidez e eficiência na degradação de diversos compostos.

O reagente de Fenton é uma mistura de peróxido de hidrogênio e sais de ferro.

O peróxido de hidrogênio (H2 O2) é um oxidante eficiente, seguro e de custo acessível, utilizado há décadas em aplicações ambientais em todo o mundo. Ele é empregado para geração de radicais hidroxila, entretanto, é necessária a adição de ativadores, como sais de ferro, ozônio e/ou luz ultravioleta, para produzir a alta taxa de radicais requerida.

Podem também ser utilizadas, para geração de HO•, combinações entre esses ativadores ou o emprego de semicondutores como o dióxido de titânio (TiO2 ) e óxido de zinco (ZnO).

Os radicais livres HO• formados atacam o composto orgânico levando à sua oxidação completa produzindo CO2 e H2O, ou quando resulta em uma oxidação parcial geralmente ocorre um aumento da biodegradabilidade dos poluentes.

A utilização de sais de ferro para decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio apresenta-se como uma solução de custo menos elevado em relação aos outros POA´s, pois utiliza um catalisador de baixo custo, o sulfato ferroso, que é resíduo de indústrias de produção de aço. Outra vantagem do reagente de Fenton é sua maior facilidade operacional em relação aos processos de ozonização e utilizando radiação ultravioleta, que necessitam de gerador de O3 e fonte de UV, respectivamente.

O processo caracteriza-se essencialmente pela geração do radical hidroxila devido à reação entre o Fe+2 e H2O2, conforme indicado na Equação 1.

Fe+2 + H2O2 → Fe+3 + HO- + HO• (1)

Na sequência, ocorre a reação por parte do radical hidroxila a um composto orgânico RH qualquer, de acordo com a Equação 2:

RH + ·OH → R· + H2O (2)

Esta reação deve ocorrer em pH entre 2 a 6, de modo a que o Fe (III) fique em solução, em vez de precipitar como hidróxidos férricos, Fe(OH)3 e FeOOH, o que acontece em pH superior.

Geralmente, o processo de oxidação empregando reagente de Fenton é composto por quatro estágios, que são:

• 1º - ajuste de pH: a faixa de pH ideal é entre 3 e 4. Para valores de pH elevados ocorre a precipitação de Fe3+;
• 2º - reação de oxidação: processada em um reator não pressurizado e com agitação. É feita a adição de sulfato ferroso e peróxido de hidrogênio;
• 3º - neutralização e coagulação: deve ser feito um ajuste de pH na faixa de 6 a 9, para precipitar hidróxido de ferro, o que pode ser feito com a adição de cal. Uma vantagem dessa etapa é a possibilidade de remoção de outros metais pesados por precipitação;
• 4º - precipitação: o hidróxido de ferro e alguns metais pesados precipitam e podem ser removidos da solução. Após o processo de oxidação, o lodo é retirado e enviado para leito de secagem ou filtro prensa e o tratado é encaminhado para o descarte ou reuso;

A eficiência da oxidação empregando reagente de Fenton depende das condições do meio de reação, sendo muito importante um estudo destas.

Dentre os fatores que podem afetar o processo oxidativo destacam-se a dosagem de reagentes, sendo importante a relação entre a dosagem de oxidante e catalisador, tipo de catalisador, o tempo de reação, o pH do meio e a temperatura.

O pH de reação é muito importante em virtude de vários fatores como, por exemplo, a estabilidade dos reagentes empregados, tanto o peróxido de hidrogênio quanto os íons ferrosos são mais estáveis em pH ácido. Em pH alcalino, o H2O2 é instável podendo ser decomposto em oxigênio e água e seu potencial de oxidação diminui. O potencial de oxidação dos radicais hidroxilas diminui com o aumento do pH, sendo que em meio ácido o E0 =2,8V e em meio básico tem-se E14=1,95V. A faixa de pH ótima para reação ocorre entre 3 e 6.

O reagente de Fenton pode ter diferentes funções de tratamento dependendo da relação H2O2/Fe2+. Quando a quantidade de Fe2+ excede a de H2O2, o tratamento tende a apresentar um efeito de coagulação química. Já com a relação H2O2/Fe2+ contrária o tratamento tem efeito de oxidação química. A definição da faixa de dosagem de reagentes varia de acordo com o tipo de efluente. A faixa típica de relação H2O2/Fe2+ é de 5:1 a 25:1 em massa.

As taxas de reação com reagente de Fenton aumentam com o aumento da temperatura. Entretanto, quando a temperatura aumenta acima de 40 – 50 ºC, a eficiência de utilização do H2O2 diminui, devido a sua acelerada decomposição em oxigênio e água. A maioria das aplicações comerciais do reagente de Fenton ocorre a temperaturas entre 20 – 40 ºC. O tempo de reação dependerá de variáveis como temperatura e dosagem de reagentes.

O término da oxidação depende da relação entre peróxido de hidrogênio e substrato (composto orgânico), e a taxa de oxidação é determinada pela concentração inicial de ferro e pela temperatura.

Em relação à eficiência, estudos indicam que efluentes tratados com processo Fenton apresentaram remoções de DQO superiores à 50%, podendo atingir até 75% de remoção.

Neste contexto, o POA empregando reagente de Fenton, apresenta-se como uma alternativa de pré-tratamento e/ou pós-tratamento que pode ser associada aos processos de tratamento biológico, processos de separação por membranas, etc. já que este tipo de tratamento aumenta a biodegradabilidade do efluente e apresentam elevadas eficiências na remoção de poluentes orgânicos, com custo relativamente baixo e facilidade operacional.

A Flush Engenharia desenvolve projetos personalizados utilizando a tecnologia de POAs acoplados aos processos de separação por membranas, tratando os efluentes mais complexos, permitindo seu reuso.

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Palavras-chave: Compostos recalcitrantes, processos oxidativos avançados, processo Fenton.