Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Ambiental
TÍTULO: TRATAMENTO DE EFLUENTES LÍQUIDOS FENÓLICOS APLICANDO O PROCESSO OXIDATIVO AVANÇADO NÃO CONVENCIONAL DiCTT
AUTORES: Brandão, Y.B. (UFPE/UNICAP) ; Teodosio, J.R. (UFPE) ; Oliveira, J.G.C. (UFPE) ; Silva-júnior, A.A. (UFPE) ; Vasconcelos, W.E. (UNICAP) ; Benachour, M. (UFPE)
RESUMO: O presente trabalho tem como objetivo avaliar a técnica de Tratamento Térmico por Contato Direto (DiCTT) para oxidação de efluentes fenólicos. Os estudos experimentais foram realizados em uma estação semi-industrial operando com um excesso de ar (E) de 10%, vazão de gás natural (QGN) de 4 m3.h-1, concentração inicial de fenol (CF0) de 500 mg.L-1, vazão líquida (QL) de 170 L.h-1 e taxa de reciclagem dos gases de combustão (QRG) de 50%, quantificando-se a degradação do fenol e aromáticos por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência-CLAE e a conversão do Carbono Orgânico Total-COT com um analisador de COT. A formação de ácidos foi analisada por um pH-metro. Foram alcançadas taxas de degradação do fenol de quase 99% e conversão de COT de até 58%.
PALAVRAS CHAVES: DiCTT; Fenol; Radicais Hidroxila
INTRODUÇÃO: Substâncias orgânicas perigosas, tais como o fenol e intermediários aromáticos, dentre outros componentes orgânicos halogenados ou voláteis, frequentemente contaminam as correntes de efluentes industriais (CHEN et al., 2004; TOR et al., 2006; BRANDÃO et al., 2011). Devido ao fenol causar danos prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente, o Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA estabelece o valor limite de 0,5 mg.L-1 para a presença de substâncias orgânicas em efluentes, tais como fenóis (CONAMA, 2011).
Uma das alternativas viáveis no tratamento dos efluentes orgânicos fenólicos está no uso de um novo Processo Oxidativo Avançado (POA) não convencional, aplicando a tecnologia DiCTT (Direct Contact Thermal Treatment), que visa oxidar os compostos fenólicos a baixas temperaturas e à pressão atmosférica, através da geração dos radicais livres, principalmente •OH, decorrentes da chama de combustão do gás natural (metano), podendo favorecer a aplicação desta tecnologia em plataformas de prospecção de petróleo do tipo “off-shore”, onde o gás natural é disponível e o espaço físico é reduzido (BENALI; GUY, 2007; BRANDÃO et al., 2010).
Este trabalho tem como objetivo o tratamento de efluentes líquidos fenólicos através do processo DiCTT. Os estudos experimentais de tratamento de fenol foram realizados em uma estação semi-industrial, quantificando-se a degradação termoquímica do fenol e a conversão do Carbono Orgânico Total (COT), com formação de ácidos e a mineralização da carga orgânica em dióxido de carbono e água.
MATERIAL E MÉTODOS: Nesta técnica DiCTT o efluente líquido contaminado com fenol é injetado tangencialmente no reator para produzir um fluxo helicoidal nas suas paredes internas. Esse fluxo permite um contato mais íntimo entre o efluente líquido e os radicais livres da chama, principalmente •OH, propiciando a oxidação dos compostos fenólicos à baixas temperaturas e à pressão atmosférica, evitando ao mesmo tempo a incineração da fase líquida. A temperatura elevada da chama contribui para o aumento do desempenho da oxidação em presença de radicais livres, bem como favorece que o processo de oxidação se realize completamente na fase líquida, através da transferência de uma parte do excesso de oxigênio presente na chama. Uma representação esquemática da estação semi-industrial utilizada na condução dos ensaios experimentais está representada conforme a Figura 1.
Considerando a temperatura do efluente (cerca de 80 0C) foi avaliado a oxidação termoquímica do fenol para diferentes razões molar estequiométrica fenol/peróxido de hidrogênio (R), sendo o excesso de ar (E) de 10%, a vazão de gás natural (QGN) de 4 m3.h-1, a concentração inicial de fenol (CF0) de 500 mg.L-1, a vazão de recirculação da fase líquida (QL) de 170 L.h-1 e a taxa de reciclagem dos gases de combustão (QRG) de 50%.
A razão molar (R) de 100% corresponde à completa mineralização de fenol de acordo com a estequiometria da reação descrita na Equação (1):
C6H5OH + 14 H2O2 → 6 CO2 + 17 H2O (1)
Razões molares de R (diferentes de 100%) são calculadas proporcionalmente conforme previsto pela estequiometria da reação na Eq. (1).
A oxidação do fenol foi quantificada por análises de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e Carbono Orgânico Total (COT) e a acidez monitorada por um pH-metro.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A evolução do pH do efluente líquido durante o processo está apresentada na Figura 2a. Nesta, observa-se que, a razão molar (R) não exerce uma influência significativa na dinâmica da redução do potencial hidrogeniônico, porém com pequenas diferenças nos valores absolutos do pH. Essa redução de pH é uma forte indicação que o tratamento por oxidação termoquímica do efluente contaminado por fenol, inicialmente com pH entre 6,5 e 7,5 conduz a formação de espécies químicas de natureza ácida, levando a um valor de pH final de praticamente 3,5 (DELVIN; HARRIS, 1984).
As Figuras 2.b e 2.c mostram os perfis de degradação do fenol de quase 99% e conversão do COT de aproximadamente 58%, respectivamente. Na Fig. 2.b evidencia-se claramente que o aumento da concentração inicial de peróxido de hidrogênio de 50% para 100% não interfere substancialmente na velocidade de degradação do fenol, atingindo no tempo de 150 min a sua quase total degradação. Na Fig. 2.c observa-se que a razão molar estequiométrica fenol/peróxido de hidrogênio exerce, desta vez, uma influência significativa sobre a conversão do COT. À medida que a concentração de peróxido de hidrogênio (R) aumenta de 50 para 75%, evidencia-se uma maior mineralização do fenol em torno de 58%, podendo chegar a uma conversão maior com o tempo operacional, pois a sua curva não está estabilizada ao final do tempo analisado, o que pode significar que para este ensaio ocorre a melhor condição operacional do processo de oxidação termoquímica DiCTT. Com uma razão R de 100%, uma mineralização somente de 42% é alcançada após 180 min de operação do processo.
FIGURA 1
Esquema da estação semi-industrial de tratamento de efluentes líquidos fenólicos por oxidação termoquímica usando a técnica DiCTT.
FIGURA 2
Evolução do pH (a) em função do tempo de operação; Evolução da degradação do fenol (b) e da conversão do COT (c) em função do tempo operacional.
CONCLUSÕES: As condição operacionais de excesso de ar (E) de 10%, vazão de gás natural (QGN) de 4 m3.h-1, concentração inicial de fenol (CF0) de 500 mg.L-1, razão molar estequiométrica Fenol/Peróxido de hidrogênio (R) de 75%, vazão de recirculação da fase líquida (QL) de 170 L.h-1 e a taxa de reciclagem dos gases de combustão (QRG) de 50% é considerada ideal para se obter uma completa degradação de fenol (superior a 99%) e conversão do COT de aproximadamente 58%.
AGRADECIMENTOS: Os autores desejam expressar seus agradecimentos para FINEP/MCT-Brasil, a PETROBRÁS e CNPq.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: CHEN, Q. M.; YANG, C.; GOH, N. K.; TEO, K. C.; CHEN, B. Photochemical degradation of 1,3-dinitrobenzene in aqueous solution in the presence of hydrogen peroxide. Chemosphere, v. 55, p. 339-344, 2004.
TOR, A.; CENGELOGLU, Y.; AYDIN, M. E.; ERSOZ, M. 2006. Removal of phenol from aqueous phase by using neutralized red mud. Journal of Colloid and Interface Science, v. 300, Issue 2, p. 498-503, 2006.
BRANDÃO, Y. B.; TEODOSIO, J. R.; SILVA, A. V. V.; OLIVEIRA, J. G. C.; BISPO, A. M.; VASCONCELOS, W. E.; BENACHOUR, M. Processo de Oxidação Termoquímica DiCTT: Aplicação no Tratamento de Efluentes Líquidos Fenólicos e Modelagem via Redes Neurais Artificiais. In: VI Encontro sobre aplicações Ambientais de Processos Oxidativos Avançados, 2011, Rio de Janeiro, RJ. Resumos expandidos. Rio de Janeiro, RJ: EPOA, 2011.
BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Resolução n0 430, de 13 de maio de 2011. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF, 2011.
BENALI, M.; GUY, C. Thermochemical oxidation of phenolic-laden liquid effluent models. Journal of Environmental Engineering Science, v. 6, p. 543-552, 2007.
BRANDÃO, Y.; TEODOSIO, J.; BENACHOUR, M.; OLIVEIRA, J.; MARINHO, I.; FIGUEIRÊDO, F.; ANSELMO-FILHO, P. Estudo do efeito do excesso de ar e da potência dissipada do queimador sobre as capacidades do processo DiCTT no tratamento de efluentes líquidos fenólicos. Revista Iberoamericana Sistemática- Cibernética & Informática, v. 7, p. 1 – 9, 2010.
DELVIN, H. R.; HARRIS, I. J. Mechanism of the oxidation of aqueous phenol with dissolved oxygen. Industrial and Engineering Chemistry Research, v. 23, p. 387-392, 1984.