POAs tratam contaminantes emergentes

POAs tratam contaminantes emergentes presentes na água que o sistema convencional não faz 

Ensaios de Tratabilidade de água subterrânea via processos oxidativos POA

Cosméticos, produtos de higiene pessoal, hormônios sintéticos, remédios, drogas lícitas e ilícitas, inseticidas, entre outros, há uma concentração muito grande desses compostos que atingem as Estações de Tratamento de Água (ETAS) e Efluentes (ETES) que não são retirados da água. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) estão aí justamente para tratar estes contaminantes emergentes presentes hoje na água. O tratamento convencional da água ainda não faz esse processo, o que pode trazer problemas à saúde do ser humano.

Os POAs são tecnologias emergentes de tratamento usadas para a degradação de uma vasta classe de contaminantes ambientais, cuja base envolve processos químicos complexos de reações de oxirredução* (transferência de elétrons entre espécies químicas – átomos e/ou íons – de substâncias que reagem entre si). Os POAs são capazes de produzir radicais que degradam compostos químicos e destroem microrganismos presentes nas águas, atmosfera e solo. O processo mais comum é o obtido pelo peróxido de hidrogênio, que é a água oxigenada que conhecemos. “O radical hidroxila tem um poder de oxidação bem elevado, no entanto, seu tempo de vida no meio em que foi produzido é muito baixo, na faixa de nanosegundos”, aponta o Prof. Dr. José Roberto Guimarães, coordenador-geral de Pós-Graduação e coordenador do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e chefe do Laboratório de Processos Oxidativos (LABPOX) da FEC-Unicamp. Portanto, segundo ele, tais radicais devem ser produzidos in situ (no lugar natural habitual de origem).

“Devido à alta reatividade destes radicais, menor apenas do que o elemento flúor, o radical hidroxila pode reagir com diversas classes de compostos, promovendo sua total mineralização, gerando compostos inócuos encontrados na natureza”, dizem Juliano de Almeida Andrade, presidente da Oxi Ambiental S.A, e Ricardo Gonçalves, diretor da empresa. Entre estes compostos, estão oxigênio (O2), dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e ácidos minerais, como HCl, no caso do contaminante ser um organoclorado ou outras moléculas simples não-tóxicas.


Processo

Os POAs são aplicados em águas que contêm um único composto-alvo como também em soluções de vários compostos. “Podem ser aplicados em processo único e incorporados também em sistemas de tratamento como etapa inicial ou polimento final. São processos que destroem os compostos e não apenas uma transferência de fase”, explica o Prof. Dr. José Roberto Guimarães.

Para ele, a principal vantagem dos POAs é justamente a destruição dos compostos-alvo e não apenas a transferência de fase. “Muitas vezes, apenas a aplicação de um desses processos é suficiente para o tratamento do efluente. Muitos dos processos já estão muito bem estudados. Podem ser conjugados com outros processos, degradando compostos recalcitrantes/persistentes”, ressalta.

Segundo ele, como qualquer processo tradicional, para aplicação dos POAs são necessários estudos de tratabilidade do efluente específico para escolha e implementação da opção mais adequada. A supervisão por um técnico treinado é fundamental. Além disso, eles são aplicáveis em soluções muito diluídas e nas mais concentradas. “Quando usados adequadamente, os POAs destroem as moléculas, podendo chegar à total mineralização, ou seja, água, dióxido de carbono e íons”, detalha o especialista da Unicamp. Quando combinado com outros processos pode agir, por exemplo, na diminuição da toxicidade de um efluente para que possa ser encaminhado para um processo biológico. Normalmente, a conjugação de processos resulta em alta eficiência.

Quando várias linhas de efluentes são produzidas numa empresa, é importante que se identifique aquela que possui uma alta toxicidade para que se possa aplicar um processo oxidativo. “Em seguida, pode-se juntar essa linha, agora com menor toxicidade e maior índice de biodegradabilidade, com as outras linhas e enviar para o reator biológico”, indica. É necessário saber qual o “grau de purificação” que se deseja, ou seja, qual o destino da água tratada. Alguns POAs podem ter custos compatíveis com outros processos mais tradicionais. “Um dos problemas deles também é a necessidade de mão de obra especializada e processos analíticos de monitoramento. Outra questão é que não se pode utilizar qualquer POA quando o volume do efluente for muito elevado”, elenca o Prof. Dr. José Roberto Guimarães.

Prof. Dr. José Roberto Guimarães

“O mercado de tecnologias de remediação usando POA não somente cresce, bem como é bastante promissor no Brasil, pois são os processos mais rápidos e eficazes no tratamento ambiental”, avaliam Andrade e Gonçalves. O diferencial da Oxi Ambiental S.A é que suas tecnologias foram desenvolvidas pela própria empresa e passaram por várias etapas de otimização e de avanço tecnológico, permitindo alcançar resultados significativos em curto prazo e custo bem competitivos.

A aplicação é o principal problema do POA porque pode resultar em tratamento com baixo rendimento e, em consequência, em maior custo. A aplicação de POA requer conhecimento específico nestes processos químicos.

“Os resultados indesejáveis, como baixo rendimento e reduzidas taxas de degradação dos contaminantes, ocorrem quando os reagentes são utilizados de forma inadequada. Eles se decompõem facilmente e promovem reações enérgicas, fato que pode fugir do controle do processo”, apontam Andrade e Gonçalves.

Desde que usados de forma controlada e conhecida, os POAs são bem seguros e eficazes ao ser humano, assim como qualquer processo de base química. “Conceitos químicos de cinética, estequiométrica de reação, reagente excesso e limitante, reações de oxirredução, estabilidade, solubilidade e especiação química são fundamentais para a eficiência e segurança destes processos”, ressaltam.

Mais uma vantagem dos processos químicos avançados em comparação às outras técnicas e, sobretudo, às biológicas, é que não são sensíveis à concentração dos contaminantes, como as técnicas de biorremediação, por exemplo.

Segundo eles, elevadas concentrações de contaminantes são inviáveis inatividades dos microrganismos, dependendo da concentração dos compostos indesejáveis no meio, pois acima de um determinado limite estes compostos são tóxicos aos organismos vivos. Diferentemente do que ocorre com os POAs, que apresentam boa eficiência na degradação, mesmo em elevados níveis de concentração.


Testes

As diversas propriedades do efluente bruto influenciam a escolha do processo oxidativo e a quantidade química a ser utilizada. A decisão pelo processo oxidativo mais adequado depende do tipo e característica físico-química intrínseca da matriz ambiental – solo, água ou efluente – que se deseja tratar. Entre as propriedades do efluente bruto que influenciam na escolha, estão, segundo Andrade e Gonçalves, o teor de carga orgânica, valor do pH, caráter redox do meio, teor de sólidos, viscosidade, temperatura, quantidade de metais dissolvidos e quantidade de efluente a ser tratado por unidade de tempo. “Isso se reflete diretamente ao período requerido para que as reações de oxirredução se processem e resultem na eficiência da degradação dos contaminantes presentes no meio”, afirmam.

Ricardo Gonçalves e Juliano de Almeida Andrade da Oxi Ambiental

As diversas propriedades do efluente bruto influenciam a escolha do processo oxidativo e a quantidade química a ser utilizada. A decisão pelo processo oxidativo mais adequado depende do tipo e característica físico-química intrínseca da matriz ambiental – solo, água ou efluente – que se deseja tratar. Entre as propriedades do efluente bruto que influenciam na escolha, estão, segundo Andrade e Gonçalves, o teor de carga orgânica, valor do pH, caráter redox do meio, teor de sólidos, viscosidade, temperatura, quantidade de metais dissolvidos e quantidade de efluente a ser tratado por unidade de tempo. “Isso se reflete diretamente ao período requerido para que as reações de oxirredução se processem e resultem na eficiência da degradação dos contaminantes presentes no meio”, afirmam.

O estudo é de grande importância ao sucesso do processo, inclusive para otimizar a eficácia do tratamento, permitindo escolher a melhor combinação de processos para cada tipo de problema a ser tratado. No caso da Oxi Ambiental, este estudo é realizado em campo e em laboratório químico próprio, com ensaios de tratabilidade/bancada para testar diferentes condições operacionais, diagnosticar e propor o tratamento químico mais adequado, com base no risco e nos resultados da avaliação da viabilidade técnica e econômica do processo. Os resultados alcançados permitem extrair dados cinéticos, bem como estimar taxas e modo de aplicação dos reagentes.

Com o reagente de Fenton (outro tipo de POA) via tratamento in situ, além de não ser necessária a remoção da matriz contaminada da área da empresa, o processo diminui os custos com transporte e disposição final das matrizes. Outra vantagem da oxidação química usada pela Oxi Ambiental é o tratamento dado aos contaminantes, que são degradados em compostos atóxicos e de baixa massa molar, reduzindo a carga orgânica original.

O que se difere das técnicas físicas/mecânicas que apenas transferem os contaminantes de um meio para outro, mantendo-os na mesma forma física, química e toxicológica, assim como foram gerados e dispostos antes de o tratamento ser executado.

Conforme o especialista da Unicamp, os POAs devem ser aplicados em efluentes com baixa turbidez e/cor, principalmente aqueles que utilizam a radiação na região do ultravioleta e/ou visível, porque a radiação precisa penetrar no seio da solução para atingir os reagentes produtores dos radicais hidroxila. “A proporção entre reagentes e dose de energia é fundamental para o adequado funcionamento do sistema de tratamento. O excesso de reagentes muitas vezes diminui a eficiência do processo, o mesmo pode acontecer com a falta deles”, compara.

Os POAs são eficazes e seguros para o ser humano exatamente igual a qualquer outro processo. “São seguros desde que utilizados com os devidos cuidados por profissionais treinados”, diz o Prof. Dr. Guimarães. Nesses processos, são utilizados: ácidos; bases; agentes oxidantes, como o peróxido de hidrogênio; radiação ultravioleta; e catalisadores, como o dióxido de titânio e íons ferrosos.

Há uma grande variedade de POAs, de acordo com ele, alguns utilizam catalisadores, radiação ultravioleta, luz solar e ultrassom. Os mais conhecidos e estudados são: peroxidação assistida por radiação ultravioleta (H2O2/UV); reagente de Fenton (H2O2/Fe2+); foto-Fenton (H2O2/Fe2+/UV); ozonização em meio básico (O3/OH-), fotocatálise heterogênea (TiO2/UV), entre outros. “Um dos processos mais recentes no mercado brasileiro é o Fentox®, desenvolvido na Unicamp e atualmente comercializado por uma empresa particular. Trata-se de um tipo de reagente de Fenton, no entanto, pode ser utilizado numa ampla faixa de pH com alta eficiência”, diz.

Ensaios de Tratabilidade de efluente industrial via processos oxidativos POA

Segundo Andrade e Gonçalves, o reagente de Fenton é um dos POAs mais utilizados na indústria, não somente no Brasil, mas nos EUA e Europa. Ele oferece vantagens em relação a outras técnicas, especialmente as convencionais, e seu baixo custo e a elevada eficácia são os principais atrativos desta tecnologia aplicada no tratamento de efluentes e em remediação ambiental.

O reagente de Fenton é o “carro-chefe” da Oxi Ambiental. “A forte reatividade de Fenton (descoberta em 1894) com compostos tóxicos e recalcitrantes presentes em solo, água e efluentes resulta em uma eficiente degradação química dos contaminantes. Isso pode ser feito em pouco tempo de reação, dependendo do tipo e da concentração de cada composto, usando uma relação estequiométrica apropriada entre reagentes e contaminantes”, assinalam.


Sem legislação

Quanto às leis e normas sobre efluentes poluidores, Andrade e Gonçalves lembram que, a partir da promulgação em 2011 da Resolução Conama nº 430, do Ministério do Meio Ambiente (MMA), que dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento e estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, passou-se a exigir que o responsável técnico e o principal administrador forneçam anualmente ao órgão ambiental competente declaração da carga poluidora da empresa. Aqueles que não respeitarem os novos parâmetros poderão ser enquadrados na lei de crimes ambientais, estando sujeitos a penas de até cinco anos de reclusão.


No Brasil, são vários os documentos que versam sobre a qualidade de águas. Segundo o Prof. Dr. Guimarães, há portarias que descrevem os parâmetros básicos de classificação de água para consumo humano, disposição de efluentes, água subterrânea, classificação de corpos aquáticos, entre outras. “No entanto, é impossível colocar uma lista de todos os compostos potencialmente tóxicos nas legislações pertinentes, pois são milhares deles. Há estimativas de que são colocados no mercado mundial cerca de mil novos compostos a cada ano. Muito deles, não há nenhum estudo de toxicidade ideal”, avalia. Ele diz que hoje há uma grande divulgação de estudos científicos sobre os micropoluentes, poluentes prioritários e mais recentemente os compostos emergentes e/ou de preocupação emergente. Esses últimos podem ser considerados como novos compostos ou mesmo compostos que já existiam, porém, não contemplados pelas legislações vigentes. “Uma classe de compostos que merece atenção são os nanocompostos, produzidos em grande número e alguns deles em grande escala, no entanto, a quantidade de trabalhos envolvendo a avaliação da toxicidade dessas substâncias é muito baixa”, relata o especialista da Unicamp.

Apesar de serem realizados vários eventos técnicos/científicos no Brasil e no exterior sobre o tema, ele aponta que um dos grandes problemas ainda é a disponibilidade de equipamentos analíticos e técnicos especializados para determinação da concentração e monitoramento desses compostos nos vários compartimentos, água, ar, solo, organismos, etc.

 

* Fonte: Tese de Mestrado de Juliano de Almeida Andrade (diretor da Oxi Ambiental): Desenvolvida na Unicamp, intitulada “Otimização da Reação de Fenton, Visando Aplicações na Remediação In situ e Ex situ de Águas Subterrâneas”. 249 f., 2005.


Publicado na Revista TAE - Edição Nº 33 - outubro/novembro de 2016 - Ano VI.



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