Compostos recalcitrantes Compostos Refratários

1. UPF FEAR CEA CEA Compostos recalcitrantesCompostos Refratários Prof. Paulo Roberto Koetz Passo Fundo 2007

2. 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

3. 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

4. Substâncias orgânicas tóxicas • Hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HPA) • Os hidrocarbonetos de petróleo (BTX); • Metil terc-butil éter (MTBE); • Organoclorados • Dioxinas • Furanos • DDT • PCB; • Pesticidas

5. 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)

6. 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.

7. Substâncias orgânicas tóxicas

8. 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

9. 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

10. Substâncias orgânicas tóxicas • Hidrocarbonetos aromáticos policiclicos HPA • Compostos semivoláteis • Associados tanto à fase de vapor quanto à particulada • Fontes • Naturais • Antropogênicas • Processo térmicos

11. 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

12. Substâncias orgânicas tóxicas Organoclorados • Ligeiramente voláteis ou semi-voláteis • DDT, PCB, Aldrin, Dieldrin, Endrin, Dioxinas e Furanos;

13. Substâncias orgânicas tóxicas Pesticidas

14. 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

15. 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.

16. 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

17. 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

18. Processos de tratamento • Remoção de substâncias contaminantes • Completa mineralização

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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+

26. 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)

27. 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.

28. 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

29. 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

30. 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

31. POA de Fenois • http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-15092006-163920/