Processos Oxidativos Avançados

Efluentes líquidos contendo substâncias orgânicas de difícil degradação biológica ou mesmo tóxicas são gerados por uma grande variedade de processos industriais, tanto químicos quanto de outros setores (por exemplo, indústrias farmacêuticas, gráficas, ou metalúrgicas). A oxidação dessas substâncias por processos fotoquímicos e fotocatalíticos consiste em uma alternativa de interesse industrial crescente, pois geram-se substâncias menos tóxicas, ou mais facilmente degradáveis, podendo ocorrer a degradação completa (formando-se CO2 e H2O). A aplicação de tais processos no tratamento de efluentes tem sido estudada desde o final do século XX, podendo ser viável em locais de grande concentração industrial. Os processos conhecidos

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por “Processos Oxidativos Avançados” (POA’s) incluem diversas alternativas quanto às transformações fotoquímicas, podendo basear-se no uso UV/H2O2, O3/UV, fotocatálise com TiO2, entre outros (Buxton et al., 1988, Legrini, Oliveiros, Braun, 1993). A reação fotoquímica de Fenton é considerada como a alternativa mais promissora quanto à aplicação industrial no tratamento de efluentes, havendo na literatura algumas citações, como é descrito a seguir.

Pignatello (1992) observou a degradação dos herbicidas: ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4 D) e ácido 2,4,5-triclorofenoxiacético (2,4,5 T) em solução ácida de H2O2 e Fe+2 ou Fe+3. O autor observou que a degradação é acelerada pela irradiação com luz visível contendo um pouco de luz UV e concluiu que houve uma conversão de 40 a 70% do herbicida em CO2 em menos de 2 h de reação.

Sun e Pignatello (1993) utilizaram o sistema Fe+3_/H

2O2/hν para degradar o ácido 2,4- diclorofenoxiacético (2,4 D). Eles observaram que entre 20 e 25 % dos radicais hidroxila atacavam a parte da cadeia carbônica, levando a uma descarboxilação, e o restante dos radicais (≈ 75%) provavelmente atacavam o anel aromático.

Giroto, Guardani, Nascimento (2006) estudaram a degradação de álcool polivinílico (PVA) por processo foto-Fenton em um reator fotoquímico anular. Através de um planejamento experimental para as variáveis Fe (II) e H2O2, acompanhou-se a velocidade de degradação para concentrações de polímero simulando efluentes de desengomagem. A degradação foi acompanhada por análises de COD (Carbono Orgânico Dissolvido) e espectrofotometria. Segundo os autores, os resultados mostraram a diminuição de mais de 90% no teor de COD, indicando a viabilidade do processo de degradação do PVA.

Teixeira, Guardani, Nascimento (2002) estudaram a remediação de efluentes contendo aminosilicone por processos oxidativos avançados, através da comparação de irradiação artificial e solar na reação foto-Fenton. Neste trabalho, foram utilizados dois tipos de fonte de luz: (i) irradiação artificial UV-Visível através de uma lâmpada de vapor de mercúrio de média pressão colocada em um reator fotoquímico anular, (ii) irradiação solar em um coletor parabólico e um reator de tubo de vidro. Foram investigados os efeitos da concentração de H2O2 e Fe+2. A degradação foi monitorada pela demanda química de oxigênio (COD), pela espectrofotometria de

radiação solar é um tratamento efetivo para as emulsões aminosilicone em água. A radiação solar pode assim ser usada como uma alternativa barata de fonte de luz.

Will et al. (2004) estudaram a aplicabilidade do sistema foto-Fenton usando reatores solar e anular. Neste trabalho, o processo foto-Fenton foi investigado através de uma solução aquosa de fenol utilizando experimentos com fontes de irradiação solar e artificial, e no escuro (Fenton). Experimentos em escala de laboratório utilizando reatores solares foram realizados simultaneamente com duas configurações diferentes: (i) reator de calha parabólico com sistema de concentração da luz (PTR, Parabolic Trough Reactor) e (ii) reator de filme fino que não concentra luz. Foram investigados os efeitos da concentração inicial de fenol e a irradiação solar. A reação foi monitorada através da medição do carbono orgânico total (TOC) e do espectro de absorção da luz. A radiação global e a UV foram monitoradas ao longo dos experimentos. Experimentos de laboratório adicionais foram realizados em um reator fotoquímico anular utilizando luz artificial e no escuro, nas mesmas condições experimentais.

De acordo com os autores, os resultados indicaram que o processo foto-Fenton utilizando irradiação solar é um tratamento efetivo para efluentes industriais contendo fenol. Os resultados obtidos foram semelhantes utilizando irradiação artificial ou solar (menos em dias nublados). Para baixas concentrações de contaminação (TOC = 100 ppm), mais de 90% de conversão foram obtidas em 3 h de irradiação. Em concentrações moderadas de contaminantes (TOC = 550–1000 ppmC), a remoção foi de 45-55%. Portanto, a irradiação solar funciona como uma fonte de luz complementar ou alternativa, representando uma vantagem significativa em termos de aplicação industrial.

No entanto, a aplicação foto-Fenton em escala industrial é citada apenas em duas publicações:

Oliveros et al. (1997a) trataram 500 L de um efluente contendo 3,4-xilidina, a uma concentração de 2700 ppm C, utilizando o sistema foto-Fenton (sulfato ferroso, peróxido de hidrogênio e radiação UV e visível) em meio ácido (pH = 3). O experimento foi realizado em um reator de 10 L, irradiado com uma lâmpada de vapor de mercúrio de média pressão de 10 kW. Os autores concluíram que os melhores resultados foram obtidos utilizando a fonte de luz visível (policromática), pois uma conversão de 100% de 3,4-xilidina e 90% de remoção de TOC foram obtidas entre 20 e 60 minutos de reação.

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Oliveros et al. (1997b) utilizaram o sistema foto-Fenton em um reator de 500 L, equipado com uma lâmpada de mercúrio de média pressão, com potência de 10 kW, para a decomposição de solução aquosa com 2,7 kg de 2,4-dimetilanilina por m3. Os autores observaram que foram obtidas conversões da ordem de 90% em menos de 2h de reação.

Além da citação do foto-Fenton, tem-se ainda citações envolvendo UV/H2O2, tais como:

Andreozzi et al. (2000) estudaram o processo UV/H2O2, variando a concentração de H2O2 entre 0,5 e 10 mM, para a degradação de 0,5 mM de metol em um fotoreator anular com uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão de 17 W. Segundo os autores, foi observado que houve uma diminuição da concentração de metol utilizando somente luz UV, além disso há um aumento na taxa de degradação ao se adicionar peróxido de hidrogênio e se o pH do meio estiver baixo.

Benitez et al. (2001) degradaram o ácido p-hidroxifenilacético utilizando duas concentrações de peróxido de hidrogênio (1,25 e 2,5 mM) e uma lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão. Os autores concluíram que a taxa de degradação utilizando o sistema UV/H2O2 é maior quando comparado com a fotólise UV individual e a concentração do peróxido de hidrogênio tem uma influência positiva nessa taxa.