Desenvolvimento de um sistema contínuo para tratamento de águas contaminadas por poluentes de relevância, utilizando processos oxidativos avançados

Orientador: Prof. Dr. Patrício Peralta-ZamoraCo-orientador: Prof. Dr. Sérgio Renato VazDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa: Curitiba, 27/04/2011Bibliografia: fls. 64-84Resumo: Nas últimas décadas, o crescimento populacional exacerbado, a urbanização mal planejada e a expansão das atividades industriais têm promovido a poluição do meio ambiente, principalmente em função da geração de grandes volumes de resíduos domésticos e industriais, os quais, se tratados e dispostos de maneira inadequada, apresentam um elevado potencial poluente. Usualmente, resíduos que contem poluentes orgânicos tóxicos, recalcitrantes ou desreguladores endócrinos não são adequadamente remediados por processos convencionais de tratamento. Nestes casos, os processos oxidativos avançados (POAs) surgem como uma interessante alternativa. Os POAs baseiam-se na geração do fortemente oxidante radical hidroxila (oOH, E0 = 2,8 V), espécie capaz de reagir de maneira rápida e pouco seletiva com inúmeros poluentes de relevância ambiental como Sulfametoxazol, 17?-estradiol e a Microcistina, promovendo a sua completa mineralização. O presente trabalho visou o desenvolvimento e avaliação de um sistema de tratamento contínuo, composto por 4 reatores fotoquímicos cilíndricos em PVC com capacidade total de aproximadamente 12 litros, dispostos na posição vertical e interligados em série, sendo que cada reator é equipado na sua parte superior com uma lâmpada a vapor de mercúrio de 125W protegidas por bulbo de vidro. Estudos de bancada foram realizados objetivando a otimização do processo Fenton, utilizando planejamento fatorial de experimentos e o corante azul QR-19 (20 mg L-1) como substrato padrão. Em função dos resultados observados neste estudo, as condições de degradação foram fixadas em 150 mg L-1 de peróxido de hidrogênio, 15 mg L-1 de Fe2+ e pH 3,0. Foram realizados estudos para aperfeiçoar a capacidade de degradação utilizando o sistema contínuo, pois o monitoramento espectroscópico demonstrou que nas condições ensaiadas o grupo cromóforo do corante padrão é completamente degradado durante a reação de Fenton, entretanto espécies transientes de caráter aromático não. Esse tipo de estrutura somente foi eficientemente degradada quando passadas pelo reator contínuo, sendo que, em geral, a melhor eficiência foi observada para tratamentos por processo Fenton de 30 min, seguido de tratamento foto-Fenton com vazão de alimentação de 800 mL min-1, fato confirmado pela significativa diminuição do carbono orgânico total (COT). Utilizando estas e outras condições de funcionamento do reator contínuo os resultados demonstram uma elevada capacidade de degradação de Microcistina-LR, Sulfametoxazol e 17?-estradiol, acima de 90% nos três substratos, utilizando o sistema construído.Abstract: In recent decades, population growth has exacerbated the ill-planned urbanization and expansion of industries have been promoting environmental pollution, mainly due to the generation of large volumes of domestic and industrial waste which, if treated and disposed of improperly , have a high pollution potential. Usually, waste containing toxic organic pollutants, or endocrine recalcitrant are not adequately remedied by conventional treatment. In these cases, advanced oxidation processes (AOPs) appear as an interesting alternative. The AOPs are based on the generation of strongly oxidizing hydroxyl radical (o OH, E0 = 2.8 V) species able to react quickly and selectively with little environmental relevance of many pollutants such as sulfamethoxazole, 17?-estradioland Microcystin, promoting its complete mineralization. This study aimed to develop and evaluate a system of continuous therapy, consisting of four cylindrical photochemical reactors made of PVC with a total capacity of about 12 liters, arranged vertically and connected in series, each reactor is equipped at its top with a mercury vapor lamp 125W protected by glass bulb. Studies were conducted bench in order to optimize the Fenton process, using a factorial design of experiments and the blue dye QR-19 (20 mg L-1) as standard substrate. Depending on the results of this study, the degradation conditions were set at 150 mg L-1 hydrogen peroxide, 15 mg L-1 Fe 2+ and pH 3.0. Studies were undertaken to improve the degradation ability of using the continuous system, because the spectroscopic monitoring showed that under the conditions tested the chromophore group of the dye pattern is completely degraded during the Fenton reaction, however transient species of non-aromatic character. This type of structure only was efficiently degraded when passed through the continuous reactor, and, in general, the best efficiency was observed by Fenton process for treatment of 30 min, followed by photo-Fenton treatment with feed flow rate of 800 mL min-1 , confirmed by the significant reduction of total organic carbon (TOC). Through these and other conditions of continuous operation of the reactor , the results show a high degree of degradation of Microcystin-LR, Sulfamethoxazole and 17?-estradiol, up around 90% in the three substrates, using the built system