Processo de Fenton
O reagente de Fenton é uma solução de peróxido de hidrogênio e um catalisador de ferro usado para oxidar contaminantes ou águas residuais. O reagente de Fenton pode ser usado para destruir compostos orgânicos como tricloroetileno (TCE) e tetracloroetileno (PCE).
O ferro (II) é oxidado pelo peróxido de hidrogênio em ferro (III), formando um radical hidroxila e um íon hidróxido no processo. O ferro (III) é então reduzido novamente a ferro (II) por outra molécula de peróxido de hidrogênio, formando um radical hidroperoxil e um próton. O efeito líquido é uma desproporção do peróxido de hidrogênio para criar duas espécies diferentes de radicais de oxigênio, com água (H+ + OH-) como subproduto.
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO• + OH-
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HOO• + H+
Os radicais livres gerados por este processo envolvem-se então em reações secundárias. Por exemplo, a hidroxila é um oxidante poderoso e não seletivo. A oxidação de um composto orgânico pelo reagente de Fenton é rápida e exotérmica e resulta na oxidação de contaminantes principalmente em dióxido de carbono e água.
Oxidação com Ozônio
O ozônio é um agente altamente oxidante e pode reagir com um substrato orgânico, através de uma reação lenta e seletiva abaixo ou através de uma reação radical rápida e não seletiva produzindo HO•. Foi demonstrado que a decomposição do ozônio em solução aquosa forma HO•, especialmente quando iniciada por OH-.
A rota pode ser iniciada de diferentes maneiras, por HO2-, HCOO-, Fe2+, substâncias húmicas ou principalmente por HO-. É por isso que, em princípio, a ozonização é sensivelmente mais eficiente em meios alcalinos, apresentando um pH ótimo em torno de 9. Com a ozonização, os orgânicos complexos são transformados em aldeídos, cetonas ou ácidos carboxílicos, todos compostos facilmente biodegradáveis. A ozonização também é versátil para ser combinada com outros POAs convencionais ou.
Contudo, do ponto de vista operacional, existem limitações associadas à transferência de massa de ozono gás-líquido. Consequentemente, o processo requer um projeto de reator eficiente para maximizar o coeficiente de transferência de massa de ozônio; aumentando a área interfacial de contato. Além disso, aumentar o tempo de retenção no reactor através de grandes colunas de bolhas, ou aumentar a solubilidade do ozono através do aumento da pressão para várias atmosferas, pode ser eficaz.
A adição de H2O2 ao sistema de ozonização aumenta a capacidade de oxidação do processo através de reações secundárias. O peróxido de hidrogênio inicia a decomposição do O3 por transferência de elétrons.
O3 + H2O2 → HO• + O2 + HO2•.
O processo é caro, mas rápido, e pode tratar poluentes orgânicos em concentrações muito baixas (ppb), em pH entre 7 e 8; a proporção molar ideal de 03/H2O2 é 2:1. Um dos principais campos de aplicação deste tratamento é na degradação de pesticidas. Também é eficaz para o pós-tratamento de água previamente tratada com cloro porque pode decompor tri-halometanos ou compostos relacionados.
Processo de oxidação fotoquímica
Quando o ozônio é combinado com a radiação UV, ocorrem vários processos. A irradiação do ozônio na água leva à formação quantitativa de H2O2: A fotólise do H2O2 pela radiação UV produz dois radicais hidroxila por cada molécula de peróxido de hidrogênio; o reagente também reage com 03:
Assim como o H2O2, o ozônio reage com os radicais hidroxila para formar radicais superóxido:
Como o ozônio tem um coeficiente de absorção mais alto que o H2O2, este AOP combinado pode ser usado para tratar água com alta absorção de UV. A eficiência é superior à de Oz ou UV direto, pois pode ser utilizada luz UV-B (280-315 nm), evitando o uso de reator de quartzo.
Quando a irradiação UV-C é utilizada, a fotólise do O3 gera HO adicional•. e outros oxidantes, com o consequente aumento da eficiência.
Processos de oxidação avançados (AOPs)
POA, num sentido lato, refere-se a um conjunto de procedimentos de tratamento químico concebidos para remover materiais orgânicos (e por vezes inorgânicos) em água e águas residuais por oxidação através de reações com radicais hidroxila (OH). Em tais processos químicos que empregam ozônio (O3), peróxido de hidrogênio (H2O2) e/ou luz UV. Um desses tipos de processo é denominado oxidação química in situ.
Os AOPs dependem da produção in-situ de radicais hidroxila (OH) altamente reativos. Estas espécies reativas são os oxidantes mais fortes que podem ser aplicados na água e podem praticamente oxidar qualquer composto presente na matriz da água. Consequentemente, o OH reage de forma não seletiva uma vez formado e os contaminantes serão rápida e eficientemente fragmentados e convertidos em pequenas moléculas inorgânicas. Os radicais hidroxila são produzidos com a ajuda de um ou mais oxidantes primários (por exemplo, ozônio, peróxido de hidrogênio, oxigênio) e/ou fontes de energia (por exemplo, luz ultravioleta) ou catalisadores (por exemplo, dióxido de titânio).
O procedimento AOP é particularmente útil para tratar materiais biologicamente tóxicos ou não degradáveis, tais como aromáticos, pesticidas, constituintes de petróleo, etc., presentes em águas residuais. Além disso, os POA podem ser usados para tratar efluentes de águas residuais tratadas secundárias, que são então chamadas de tratamento terciário. Os materiais contaminantes são convertidos em grande parte em compostos inorgânicos estáveis, como água, dióxido de carbono e sais, ou seja, sofrem mineralização.
De um modo geral, a química nos AOPs pode ser essencialmente dividida em três partes:
Formação de OH
Ataques iniciais às moléculas alvo por OH e sua quebra em fragmentos.
Ataques subsequentes por OH até a mineralização final.
A ozonização, UV/H2O2 e oxidação fotocatalítica dependem de diferentes mecanismos de geração de OH:
UV/H202:
H202 + UV → 2-OH
AOP baseado em ozônio:
O3 + HO – HO2 + O2
O3 + HO2 → HO2: + 03
03: +H+ -HO3.
H03. → OH + O2
Oxidação fotocatalítica com TiO2:
TiO2 + UV + e +h+
Ti(IV) + H2O = Ti(IV)-H20
Ti(IV)-H20 +h+ = Ti(IV)–OH + H+
Vantagens
- Poderia efetivamente eliminar compostos orgânicos na fase aquosa, em vez de coletar ou transferir poluentes para outra fase.
- Devido à notável reatividade do OH, ele reage virtualmente com quase todos os poluentes aquosos sem muita discriminação. Os POA poderiam, portanto, ser aplicáveis em muitos, se não em todos, cenários onde se espera que muitos contaminantes orgânicos sejam removidos ao mesmo tempo.
- Alguns metais pesados também podem ser removidos na forma de M(OH)x precipitado.
- Em alguns projetos de POA, a desinfecção também poderia ser alcançada, levando os POA a uma solução integrada para alguns dos problemas de qualidade da água.
- Dado que o produto de redução completo do OH é o H20, os POA teoricamente não introduzem quaisquer novas substâncias perigosas na água.
Desvantagens
- Mais importante ainda, os custos dos POA são demasiado elevados, uma vez que é necessária uma entrada contínua de reagentes químicos dispendiosos para manter o funcionamento da maioria dos sistemas de POA.
- Algumas técnicas requerem pré-tratamento de águas residuais para garantir um desempenho confiável, o que pode ser potencialmente caro e tecnicamente exigente. Por exemplo, a presença do íon bicarbonato (HCO3-) pode reduzir sensivelmente a concentração de •OH devido a processos de eliminação que produzem H20 e uma espécie muito menos reativa, .CO3-. Como resultado, o bicarbonato deve ser eliminado do sistema ou os AOPs serão comprometidos.
- Dados os custos potenciais, os POA podem não tratar individualmente uma grande quantidade de águas residuais; em vez disso, os POA devem ser implementados na fase final, após o tratamento primário e secundário terem removido com sucesso uma grande proporção de contaminantes.