Degradação de contaminantes de diferentes classes por processos oxidativos avançados : O3, O3/UV e O3/Al2O3

Abstract

A contaminação de matrizes aquosas é um problema de crescente preocupação ambiental. Diferentes poluentes, oriundos de atividades antropogênicas distintas, têm sido cada vez mais relacionados a prejuízos à saúde humana e animal, como toxicidade, aumento de DQO e DBO em corpos hídricos e indução à resistência bacteriana. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é estudar a eficiência de degradação e mineralização de compostos de diferentes classes poluentes pelos processos oxidativos avançados de ozonização (O3), ozonização combinada à radiação ultravioleta (O3/UV) e ozonização catalítica heterogênea com alumina (O3/Al2O3). Os poluentes escolhidos foram o corante Acid Green 25 (AG25), o fármaco de ação antibiótica ampicilina (AMP) e o surfactante cloreto de benzalcônio (BZK). Os ensaios de ozonização e combinados à radiação UV foram realizados com a variação do pH (3, 7 e 11) e tempo (0 – 30 minutos), a fim de se estudar as reações predominantes envolvidas nos processos e, no caso da ozonização heterogênea catalisada por alumina, em meio neutro. Testes de fotólise com radiação UV e de adsorção em alumina foram feitos com os três compostos, a fim de se avaliar a influência destes agentes na eficiência de ozonização e possíveis mecanismos. Nos ensaios de ozonização, o AG25 apresentou uma degradação completa em todas as condições em menos de 10 minutos, sendo o processo mais rápido em meio ácido, por reação direta com ozônio molecular. A AMP não mais foi detectada, em toda a faixa de pH, em até 3 minutos, enquanto o BZK apresentou uma lenta e incompleta degradação em meio ácido (80%), mas total na faixa neutra-básica após 3 minutos. A mineralização dos três compostos foi favorecida em pH 11, por ação radicalar, onde foram atingidos os resultados de 43%, 37% e 68% para os compostos AG25, AMP e BZK, respectivamente. A ozonização combinada ao UV (O3/UV) atingiu uma degradação mais eficiente de todos os compostos em tempos menores, se comparada à ozonização. A radiação UV influenciou inclusive na degradação do composto BZK em meio ácido, que chegou a 95%. As mineralizações obtidas para o AG25 e a AMP foram, respectivamente, 50%, e 42%, superiores aos resultados do processo O3, e no caso do BZK, obteve-se 60% de mineralização, sem diferença significativa para o O3. Nos experimentos de fotólise, verificou-se que a AMP foi mais sensível à radiação UV, sendo mineralizada em 16%, enquanto os demais compostos tiveram apenas 4% de redução de carbono orgânico total. Os índices de sinergia calculados para os compostos foram 1,16 (AG25), 0,65 (AMP) e 1,77 (BZK), indicando que somente para a ampicilina os efeitos sinergéticos entre O3 e UV foram negativos. Por fim, nos ensaios de ozonização catalítica heterogênea (O3/Al2O3), obteve-se valores de mineralização superiores aos do O3 em meio neutro, totalizando 38% para o AG25, 46% para a AMP e 34% para o BZK. O único composto que adsorveu em alumina foi o corante, indicando que esta etapa participou do processo de catálise heterogênea na degradação do mesmo. De forma geral, foi verificado que a ozonização e seus processos combinados se mostraram efetivos na degradação e mineralização parcial de contaminantes de diferentes classes. Desta forma, as tecnologias estudadas apresentam grande potencial de aplicação no tratamento avançado de efluentes de naturezas distintas.

Water matrices contamination is a problem of growing concern to scientists. Different pollutants coming from distinct anthropogenic activities have been increasingly related to human and animal health impairment, such as toxicity, elevated COD and BOD in water bodies, and bacterial resistance. In this context, the aim of this work is to study degradation and mineralization efficiencies of compounds belonging to different pollutant classes, through the advanced oxidative processes O3, O3/UV and O3/Al2O3. The chosen contaminants were Acid Green 25 dye (AG25), the antibiotic drug ampicillin (AMP) and the surfactant benzalkonium chloride (BZK). O3 and O3/UV tests were performed varying pH (3, 7 and 11) and time (0-30 min), with the aim to investigate which reactions predominate in the processes. Heterogeneous catalytic ozonation experiments were performed in neutral medium. UV photolysis tests and adsorption onto alumina were evaluated with all contaminants, in order to verify the influence of these agents in ozonation and possible mechanisms. After single ozonation tests, AG25 degraded completely (100%) in 10 minutes under all conditions, with faster kinetics in acidic medium, by direct reaction with molecular ozone. AMP was also completely degraded at the entire pH range up to 3 minutes, while BZK presented a slow and incomplete degradation in acidic medium (80%), but 100% effectiveness in the neutralbasic range after 3 minutes. Mineralization was favored in pH 11 (radicalar mechanism) for all three contaminants, reaching the values of 43%, 37% and 68% to AG25, AMP and BZK, respectively. UV-ozone combined method was able to degrade the substances more efficiently than single ozonation. UV radiation also increased BZK degradation in acidic medium, reaching 95%. AG25 and AMP mineralization values were 50% and 42%, respectively, higher than O3 results, and in the case of BZK, 60% mineralization was achieved, with no statistical difference to O3. UV photolysis affected AMP more significantly (16%) than AG25 and BZK (4%, both). The calculated synergy index values were 1.16 (AG25), 0.65 (AMP) and 1.77 (BZK), suggesting that only in the case of AMP the synergetic effects between O3 and UV were negative. Lastly, through heterogeneous catalytic ozonation (O3/Al2O3) experiments, 38% of mineralization was obtained for AG25, followed by 46% for AMP and 34% for BZK. The only compound that adsorbed onto alumina was AG25 dye, indicating this step was part of the heterogeneous catalysis mechanisms. Overall, ozonation and its derived processes showed to be effective in the degradation and partial mineralization of contaminants of different classes. This way, the studied technologies present a great potential for appliance in the advanced treatment of distinct nature wastewater.