Transcript Compostos recalcitrates - Universidade de Passo Fundo

UPF FEAR CEA CEA
Compostos recalcitrantes
Compostos Refratários
Prof. Paulo Roberto Koetz
Passo Fundo
2007
Compostos recalcitrantes ou refratários
• Não são biodegradados pelos organismos
– Em sistemas biológicos de tratamento
– Nos tempos de retenção hidráulica aplicados
– Lançados nos corpos aquáticos receptores.
• Responsáveis pela toxicidade dos efluentes
• Acumulativo
– Concentrações superiores à dose letal de alguns
organismos
Compostos recalcitrantes ou refratários
• Os efeitos cancerígenos e mutagênicos
– podem ser observados em seres humanos
• bioacumulação ao longo da cadeia alimentar.
• Remoção de substâncias contaminantes
• Completa mineralização
Substâncias orgânicas tóxicas
•
•
•
•
Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPA)
Os hidrocarbonetos de petróleo (BTX);
Metil terc-butil éter (MTBE);
Organoclorados
–
–
–
–
Dioxinas
Furanos
DDT
PCB;
• Pesticidas
Substâncias orgânicas tóxicas
• Substâncias organocloradas de
industria de papel
–Fonte: Branqueamento
–45 kg/t (cloro elementar por massa
de polpa)
–Resíduo organoclorado
• Recalcitrantes e altamente tóxicos
• 2 kg/t a 1,5 kg/t (em relação a polpa)
Substâncias orgânicas tóxicas
• Medida de emissão de compostos
organoclorados
– Halogênios orgânicos adsorvíveis AOX
• Adsorbable Organic Halogen
– Medida genérica de uma grande série de
compostos orgânicos que possuem ligações
com um ou mais átomos de halogênioN
– Nos processos de branqueamento por cloro
• análise direta da quantidade de compostos
organoclorados.
Substâncias orgânicas tóxicas
Substâncias orgânicas tóxicas
• Efluente textil. Azo dyes
• Visíveis mesmo em concentrações tão baixas
como 1 mg/L
• Alteram a coloração natural dos rios
– Graves problemas estéticos além de reduzir alguns
processos fotossintéticos
•
•
•
•
Apresentam composição química variada
Baixa degradabilidade por processos biológicos
DQO elevada
Presença de compostos recalcitrantes
– Associados à toxicidade crônica e aguda
Substâncias orgânicas tóxicas
• Efluentes da indústria farmacêutica
– Fração orgânica rapidamente biodegradável
– Compostos refratários
• que não são removidos por tratamentos biológicos
convencionais
– Antibióticos
» baixa biodegradabilidade
» efeitos tóxicos a organismos aquáticos
» promovem o desenvolvimento de cepas bacterianas
multi-resistentes
Substâncias orgânicas tóxicas
• Hidrocarbonetos aromáticos policiclicos
HPA
– Compostos semivoláteis
– Associados tanto à fase de vapor quanto à
particulada
– Fontes
• Naturais
• Antropogênicas
• Processo térmicos
Substâncias orgânicas tóxicas
• Hidrocarbonetos de petróleo BTX
– Ocorrem em pequenas concentrações na natureza;
– Fontes
• Antropogênicas
– Carvão
– Derivados de petróleo
• Metil terc-butil éter (MTBE)
–
–
–
–
Aditivo na gasolina
Reduz a emissão de CO
Altamente volátil
Solos: subsuperficiais
Substâncias orgânicas tóxicas
Organoclorados
– Ligeiramente voláteis ou semi-voláteis
– DDT, PCB, Aldrin, Dieldrin, Endrin, Dioxinas e Furanos;
Substâncias orgânicas tóxicas
Pesticidas
Volatile organic compounds VOC
• Qualquer tipo de substância orgânica
que possui ponto de ebulição menor ou
igual a 250°C à pressão padrão de
101,3 kPa
• 1 kPa = 1,01325102 atm
Volatile organic compounds VOC
• Composto de Carbono (C) que participa
de processos fotoquímicos
– Com exceção do
•
•
•
•
•
•
Dióxido de carbono (CO2)
Monóxido de carbono (CO)
Carbonatos metálicos
Carbetos
Ácido carbônico
Carbonato de amônio.
Volatile organic compounds VOC
• Composto de Carbono (C) que participa
de processos fotoquímicos
– Exemplos
•
•
•
•
•
•
Hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos
Compostos orgânicos halogenados
Ésteres
Éteres
Cetonas
Álcóois
VOC
• Conteúdo de VOC
– Significa a massa de compostos orgânicos,
expressos em gIL, na formulação do produto
na sua condição de pronto para uso
– A massa de VOC, em um dado produto
• que reage quimicamente durante o processo de
cura/secagem para formar parte do revestimento,
não deve ser considerado como tal
Processos de tratamento
• Remoção de substâncias contaminantes
• Completa mineralização
Processos de tratamento
• Biológicos
– Não removem totalmente compostos apolares
– Podem complementar a transformação de
compostos recalcitrantes para biodegradáveis, nos
processos oxidativos
– Sistemas mistos. Vantagens
• Efeito sinérgico dos métodos químicos e biológicos
• Redução da dosagem de produtos químicos (custo), pelo
uso dos tratamentos biológicos
• Flexibilidade no tempo de residência
• Possibilidade de mineralização completa dos poluentes
com menores custos
Processos oxidativos avançados
• Processos físico-químicos
– Aplicados ao tratamento de efluentes
– Mudanças nas estruturas químicas dos
contaminantes
– Processos que envolvem a geração e uso de
espécies transitórias
• principalmente o radical hidroxila
• Pode ser gerado por meios fotoquímicos ou outras
formas de energia
• Possui alta eficiência na oxidação da matéria orgânica
Processos oxidativos avançados
– A oxidação dos poluentes
• Ataque dos radicais hidroxila às moléculas
orgânicas
• que provocam a abstração de um átomo de
hidrogênio ou a adição desse átomo às ligações
duplas das moléculas
• As moléculas orgânicas poderiam ser
mineralizadas até os produtos finais: gás
carbônico e água
Processos oxidativos avançados
• Econômica e ecologicamente inadequados
para tratar águas residuárias que possuam
alta concentração de constituintes orgânicos
– O consumo de oxidantes aumenta com o aumento
da quantidade de matéria orgânica
• Os processos podem ser usados para
transformar os constituintes orgânicos
recalcitrantes do efluente em compostos mais
biodegradáveis
Processos oxidativos avançados
• Os mecanismos de reação alteram as
propriedades estruturais e químicas dos
compostos orgânicos
• As moléculas são quebradas em fragmentos
menores e uma maior porcentagem de
oxigênio aparece nestas moléculas, na forma
de funções álcoois, ácidos carboxílicos, etc
• Estas espécies mais oxidadas são, na maioria
dos casos, mais facilmente biodegradáveis
que as espécies anteriores
• O consumo de oxidantes é reduzido
– estágio biológico posterior é necessário
Processos oxidativos avançados
• Os custos são elevados
• Os tratamentos biológicos são baratos e
seguros
– Mas não podem tratar certos compostos
• Combinação dos processos pode ser uma
alternativa economicamente viável para a
degradação de um efluente com presença de
compostos tóxicos
Processos oxidativos avançados
• Aplicações
– Processos como
•
•
•
•
•
•
•
03/UV
03/H202/UV
Catalisador/UV
03/H202
03/OH–
H202/UV
Estados Unidos
– Remover tricloroetileno (TCE)
– Remover percloroetileno (PCE)
– Catalisador/H202/UV; TiO2/UV; H202/Fe2+
• Oxidantes
–
–
–
–
Peróxido de hidrogênio (H2O2
Permanganato de potássio (KMnO4)
Ozônio (O3)
Oxigênio dissolvido (OD)
• Reagente de Fenton:
Fe2+ + H2O2 --> Fe3+ + OH- + ? OH
– Aplicações
•
•
•
•
•
Compostos orgânicos voláteis (VOC)
Compostos orgânicos semi-voláteis (SVOC)
Pesticidas
Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA)
Bifenilas policloradas (PCB)
Processos Oxidativos Avançados (POA)
• Geração de moléculas com radicais
– espécies radicalares, principalmente o radical
hidroxila (•OH)
• O radical livre •OH é muito reativo e um dos agentes
oxidantes mais fortes (E0 ≈ 2,7 V)
• Rápida cinética de reação
– 106 L⋅mol-1⋅s-1 < k < 1010 L⋅mol-1⋅s-1,
• As espécies tem um tempo de meia vida curto
– na ordem de ns e µs
– Se transformam em O2 e H2O que não poluem
– Promovem a completa mineralização da matéria
orgânica
• Oxidação a CO2, H2O e ácidos inorgânicos.
Processos Oxidativos Avançados (POA)
• Métodos químicos para a geração desta
espécie radicalar
–
–
–
–
Sistemas fotoquímicos
Fotocatalíticos
Eletroquímicos
Químicos
• Ozonização
• Fenton
• Aplicações
• Remediação de efluentes industriais
– Indústrias de papel e celulose
– Têxtil
– Química
Processos Oxidativos Avançados (POA)
• Trabalhos complementares
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Síntese e caracterização de nanocatalisadores
Desenvolvimento de reatores
Métodos de imobilização
Catálise homogênea e heterogênea
Modificação superficial
Estudo de reatividade e mecanismo reacional de
espécies orgânicas poluentes
Determinação de parâmetros cinéticos
Controle analítico
Testes de toxicidade
Biodegradabilidade
Processos redutivos
• Tratamento de compostos com centros deficientes de
elétrons
– Compostos halogenados e/ou nitrogenados
• que tendem a reagir muito lentamente com •OH
• Usa nanopartículas de Fe0 (puras ou na forma de
ligas com outros metais)
– Fonte ambientalmente adequada de Fe0
• material gerado durante processo metalúrgico
– Aplicação
• Tratamento de efluentes da indústria têxtil
• Duplo ganho ambiental a custo extremamente reduzido
• Os processos químicos
– Grande potencial na remediação de matrizes complexas
• Minimizar os efeitos deletérios de atividades antropogênicas
POA de Fenois
• http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/31
37/tde-15092006-163920/