PROCESSOS HOMOGÊNEOS HETEROGÊNEOS
Sem irradiação
Ozônio (O3) / Peróxido de Hidrogênio (H2O2) Fotocatálise Heterogênea
Dióxido de titânio (TiO2) /
O2 / UV
Ozônio (O3) / Hidróxila (-OH)
Reativo de Fenton Com irradiação Ozônio (O3) / UV Ozônio (O3) / Catalisador Peróxido de Hidrogênio (H2O2) / UV
Ozônio (O3) /Peróxido de Hidrogênio (H2O2) / UV
Foto Fenon
FONTE: Adaptado de Teixeira e Jardim (2004).
Catalkaya e Kargi (2007) relatam que quando comparados às aplicações individuais, os POA associados apresentam melhorias na eficiência da remoção de contaminantes. Isso ocorre devido à aceleração da velocidade de geração de radicais livres. Os autores descrevem que entre as combinações mais utilizadas estão os processos homogêneos, como por exemplo, os processos foto-oxidativo: UV / H2O2, O3/UV, O3/ H2O2 e UV/H2O2/O3.
O processo foto-Oxidativo UV/H2O2 consiste na combinação do peróxido de hidrogênio (H2O2) com radiação ultravioleta (UV). Seu uso tem sido relatado em diversas pesquisas apresentando bons resultados na remoção de poluentes presentes em águas residuárias (KIM e TANAKA, 2009; BAEZA et al., 2011; KATSOYIANNIS et al., 2011; YUAN et al., 2011; DE LA CRUZ et al., 2012). Entretanto, nos estudos apresentados, frequentemente são discutidos alguns fatores limitantes aos processos UV/H2O2/O3. Fioreze et al. (2013) descrevem dois fatores importantes:
x O primeiro fator está relacionado aos altos custos do processo, uma vez que exigiria grandes quantidades de reagentes e energia.
x O segundo está atrelado à formação de quantidades consideráveis de subprodutos da reação, os quais, em alguns casos, podem apresentar toxicidade (FIOREZE et al., 2013).
Segundo Nagel-hassemer (2012), em processos UV/H2O2/O3 o custo pode ser elevado devido ao investimento inicial com reatores e fontes de radiação, além do consumo de agentes oxidantes e energia elétrica que estão diretamente ligados à intensidade da radiação UV e o tempo de tratamento – uma vez que o tempo necessário para o processo de fotodegradação depende da intensidade da radiação e da estrutura molecular do substrato orgânico.
No tocante ao custo e eficiência do tratamento, Tambosi (2008) cita que quase sempre a fotólise de H2O2/O3 se realiza por meio de lâmpadas de vapor de mercúrio de baixa ou média pressão, geralmente de 254 nm. Porém, como a absorção de H2O2 máxima é a 220 nm, seria mais conveniente o uso de lâmpadas de Xe/Hg, que possuem maior valor de mercado, mas que emitem na faixa 210-240 nm (TAMBOSI, 2008). Em processos com UV, além do uso da lâmpada correta, o posicionamento desta dentro do reator irá interferir na eficiência do tratamento.
Para Gogate e Pandit (2004), para que ocorra eficiência de remoção de poluentes por meio da combinação de fotólise UV/ H2O2, o pH do efluente a ser tratado, deve estar na faixa de 2,5 e 3,5. De modo similar, o pH interfere também no tratamento com o gás ozônio (O3), sendo que, em meio básico (pH > 7), se observa maiores eficiências de remoção de poluentes (BIJAN E MOHSENI, 2007; ASSALIN et al., 2006; MAHMOUD E FREIRE, 2007; GOI et al., 2009). Ainda, é preciso destacar que, embora o processo utilizando UV/H2O2/O3 seja relativamente de fácil manuseio e operação, o processo precisa de monitoramento constante, uma vez que, o pH e a concentração de H2O2 interferem diretamente na eficiência do tratamento (NAGEL-HASSEMER, 2012).
De modo similar, Silva (2007) cita que, embora processos oxidativos avançados (POA) sejam empregados em tratamentos de efluentes altamente tóxicos e com a presença de compostos recalcitrantes a fim de remover esses poluentes, quando o monitoramento dos fatores intervenientes ao processo – como pH e a concentração de H2O2 são negligenciados – a eficiência do tratamento não é alcançada.
Com relação ao H2O2, sua dosagem desempenha um papel fundamental no processo de degradação do poluente e deve ser determinada em função do composto que será atacado. Uma vez que a reação utilizando H2O2 é favorecida até certo ponto e na medida em que se aumenta a concentração de H2O2, este agente pode passar a atuar como sequestrador de radicais hidroxilas desencadeando, consequentemente, a redução nas taxas de oxidação, afetando de forma negativa a eficiência no tratamento (CATALKAYA e KARGI, 2007; GENENA, 2009; NOGUEIRA, 2010; TAREK et al., 2011).
Destaca-se ainda que doses elevadas de H2O2 possuem a desvantagem de deixar maiores residuais no efluente, o que poderá comprometer um tratamento biológico futuro, implicando em gastos com reagentes para a sua eliminação (MORAIS et al., 2008). Portanto, torna-se necessário verificar e definir a quantidade ótima de H2O2 que será utilizada no processo para evitar que não ocorram limitações na eficiência do processo, tais como, geração de subproduto e residual de H2O2 no efluente tratado ou no efluente enviado para a etapa posterior do tratamento.
Assim como o H2O2, o ozônio (O3), quando usado individualmente, sendo oxidantes com alto poder de desinfecção, é capaz de eliminar microrganismos patógenos como vírus e bactérias. A associação de O3 com UV/H2O2 tem por objetivo melhorar o desempenho na geração de radicais hidroxilas - OH e, consequentemente, a eficiência do tratamento (SILVA, 2007). A utilização de ozônio apresenta como vantagens o não aumento da quantidade de sólidos dissolvidos no efluente, além de não ser afetado pela presença de amônia na água.
As moléculas de ozônio são extremamente instáveis em água. No primeiro momento, ocorre uma rápida redução na diminuição da concentração de O3 na água. Em seguida, na segunda fase, a reação passa ocorrer segundo uma cinética de primeira ordem. Todavia, o tempo de vida do ozônio na água pode variar de alguns segundos ou até horas de acordo com a qualidade do meio em que se encontra, como o pH, o tipo e concentração de matéria orgânica presente e a alcalinidade da água (VON GUNTEN, 2003).
O pH é um parâmetro que influência diretamente na estabilidade do ozônio, uma vez que a decomposição do ozônio pode ser acelerada devido ao aumento de pH ou pela adição de peróxido de hidrogênio. O ozônio também pode ser responsável por subprodutos tóxicos, como ácidos, aldeídos e compostos com bromo (METCALF e EDDY, 2016). É um gás tóxico que em elevadas concentrações pode causar irritação nos olhos e nas vias respiratórias, além de dor de cabeça, tontura, cansaço e tosse (TOMAZ, 2008). Seus efeitos podem ser agudos (imediatos) ou crônicos (em longo prazo) de modo que sua utilização deve garantir segurança aos envolvidos no processo.
Assim, embora a adição de peróxido em processos combinando H2O2 e ozônio O3 aumente a transferência do ozônio da fase gasosa para a fase liquida, um excesso de peróxido de hidrogênio também pode limitar a formação de hidroxila e reduzir a eficiência do processo, havendo então uma dosagem ótima de aplicação do H2O2 para que ocorra a eficiência do tratamento. Nesse contexto, os subprodutos das reações de processos oxidativos avançados (POA), combinando H2O2 e ozônio O3, precisam ser mais bem estudados. Além disso, o
residual de peróxido pode prejudicar um posterior tratamento biológico, sendo tóxico aos microrganismos (MOMENTI, 2006),
2.4.2.5 Desinfecção de esgoto sanitário tratado
A desinfecção de águas residuárias é motivada por oferecer proteção à saúde pública ao servir de obstáculo contra organismos patogênicos e reduzir o risco de transmissão de doenças, garantindo o reúso seguro de água (USEPA,2012) e uma alternativa de desinfecção que apresenta custo benefício interessante, é a cloração. O cloro na forma de gás de hipoclorito de sódio ou hipoclorito de cálcio é o desinfetante mais disseminado no Brasil e na maioria dos países (DANIEL, 2000). O QUADRO 28 apresenta um comparativo entre as