ESTUDO DO EFEITO DA RAZÃO MOLAR FENOL/PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO NO TRATAMENTO POR OXIDAÇÃO AVANÇADA DE UM EFLUENTE LÍQUIDO FENÓLICO EM REATOR PARR

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Ambiental

Autores

Amaral, B.A. (UFPE) ; Teodosio, J.R. (UFPE) ; Brandão, Y.B. (UFRPE/UACSA) ; Lima, V.N. (UFPE) ; Silva, H.D.S. (UNICAP) ; Gomes, H.T.B. (UNICAP) ; Lima, G.S. (UNICAP) ; Benachour, M. (UFPE)

Resumo

Este trabalho tem como objetivo quantificar o estudo do efeito da razão molar estequiométrica (R) (0; 50 e 100 %) no tratamento por Processo de Oxidação Avançada (POA) de um efluente fenólico. Neste processo, a temperatura do efluente foi fixada em 70 oC, sendo esta necessária para iniciar a etapa de degradação do efluente. Os estudos experimentais foram realizados em um reator batelada PARR. A degradação do fenol foi acompanhada com o uso da técnica analítica da Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e a mineralização do composto foi monitorada com um analisador de Carbono Orgânico Total (COT). A degradação do fenol foi praticamente 85% e a conversão do COT de quase 18%, respectivamente, nas condições operacionais ótimas do processo (R=100%, T=70 oC e Q=100 NL.h-1).

Palavras chaves

POA; CLAE; COT

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 (BRANDÃO et al., 2010). A toxicidade destes compostos na água tem tido bastante relevância, devido às suas concentrações que, em níveis de mg.L-1, podem afetar o meio ambiente aquático com consequências nefastas para a flora e a fauna (MISHRA et al., 1995). Assim, os diversos compostos aromáticos presentes devem ser identificados e monitorados constantemente. Os Processos Oxidativos Avançados (POAs) têm se destacado nos últimos anos como uma tecnologia alternativa no tratamento de várias matrizes ambientais. A grande vantagem desses processos reside no fato de ser um tipo de tratamento destrutivo, ou seja, o contaminante não é simplesmente transferido de uma fase para outra, mas, degradados através de uma série de reações químicas (HIGARASHI et al., 2000). Este trabalho tem como objetivo o estudo do efeito da razão molar estequiométrica fenol/peróxido de hidrogênio no tratamento de efluentes líquidos fenólicos, através da geração de radicais livres, principalmente •OH, decorrentes da reação de oxidação do efluente orgânico com o peróxido de hidrogênio e a vazão de ar. Os estudos experimentais no tratamento desses efluentes foram realizados através de um reator de bancada laboratorial tipo PARR, operando com uma vazão de ar (Q) de 100 NL.h-1, potencial hidrogeniônico (pH) inicial do efluente fenólico sintético de 7 e concentração inicial do fenol (CF0) de 500 mg.L-1, quantificando-se a degradação do fenol e a conversão do Carbono Orgânico Total (COT), para a mineralização da carga orgânica em dióxido de carbono e água.

Material e métodos

O reator de bancada PARR foi utilizado na oxidação das amostras do efluente fenólico. O reator PARR encontra-se no Laboratório de Processos Catalíticos (LPC) no Departamento de Engenharia Química (DEQ) da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Para cada um dos 9 experimentos realizados, foi preparado um efluente contendo fenol com uma concentração aproximada de 500 mg.L-1, a fim de avaliar o efeito dos parâmetros operacionais sobre a eficiência do processo. O volume do efluente preparado para todos os experimentos foi de 1,3 L. O controle do pH do efluente foi realizado com o auxilio de um pH-metro, adicionando ácido ou base a solução até atingir o pH desejado para realizar a análise. Após preparar o efluente sintético, o composto fenólico foi adicionado no reator PARR. O controle da temperatura do efluente foi monitorado no painel de controle do reator, onde também pode ser controlada a rotação do agitador e a pressão do sistema, sendo utilizada a pressão atmosférica. Após estabilizar a temperatura do efluente, foi coletada uma amostra e em seguida adicionado o peróxido de hidrogênio ao efluente e ajustado a vazão de ar, dando início ao processo de degradação do fenol e da conversão do COT ao longo do tempo operacional. A Figura 1 mostra um esquema sucinto do reator utilizado nos ensaios com a oxidação do efluente orgânico fenólico. Em todos os ensaios experimentais de oxidação do fenol, totalizando 9, foram coletadas amostras ao longo do tempo operacional, sendo observada uma mudança na coloração até atingir cor praticamente preta, dependendo do nível de degradação da amostra, evidenciando que ocorreu de fato a oxidação do fenol. Em seguida, as amostras foram resfriadas, filtradas (papel de filtro de 2 μm) e posterior medição do valor de pH e análise.

Resultado e discussão

Cada experimento foi realizado em triplicata totalizando 9 ensaios e calculado a média aritmética para cada ensaio na etapa de degradação de fenol e conversão de COT. As variáveis operacionais nos ensaios (EN) utilizadas neste estudo foram: EN-4 (R=0%; T=70 oC; pH=7; Q=100 NL.h-1); EN-5 (R=50%; T=70 oC; pH=7; Q=100 NL.h-1) e EN-6 (R=100%; T=70 oC; pH=7; Q=100 NL.h-1). As Figuras 2A e 2B apresentam os resultados da degradação do fenol (XDF) e da conversão do COT (XCOT) para diferentes valores da razão molar estequiométrica fenol/peróxido de hidrogênio (R) utilizadas no POA. Nesta, foi possível observar que o aumento da razão molar de R favorece o processo de oxidação do efluente fenólico, obtendo uma maior degradação do fenol de 85% e uma mais elevada conversão do COT de 17,8%, respectivamente, para uma razão molar de 100% (EN– 6). Nestes ensaios também foi observado que ao longo do processo o pH do meio diminui até ficar constante (igual a 3) (BRANDÃO et al., 2010). Isso ocorre devido à formação de ácidos durante o processo de oxidação, onde o fenol é degradado formando intermediários aromáticos, tais como o catecol e a hidroquinona, e em seguida estes são oxidados dando origem a diversos tipos de ácidos orgânicos, até que sejam convertidos em CO2 e H2O (DEVLIN; HARRIS, 1984).

Esquema sucinto do reator tipo PARR e a oxidação do efluente fenólico.


Evolução de XDF (A) e XCOT (B) em função do tempo para EN-4, EN- 5 e EN-6 ;

Conclusões

Neste trabalho foi possível observar a significância que o peróxido de hidrogênio no estudo de R e a vazão de ar apresentam como agente oxidante para o meio reacional devido à possibilidade de formação do radical hidroxila (●OH), a fim de que ocorra o processo de oxidação do composto orgânico. Foi possível observar também, que com o aumento de R (de 100%) para o meio reacional o processo de oxidação foi favorecido, alcançando valores maiores na degradação do fenol (praticamente 85%) e na conversão do COT (quase 18%).

Agradecimentos

Referências

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 de Sistemas Cibernética e Informática, 7, 1–9, 2010;

DELVIN, H. R.; HARRIS, I. J. Mechanism of the oxidation of aqueous phenol with dissolved oxygen. Industrial and Engineering Chemistry Research, 23, 387-392, 1984;

HIGARASHI, M. M.; MOREIRA, J. C.; OLIVEIRA, A. S.; FERREIRA, L. F. V. A utilização de processos oxidativos avançados na descontaminação do meio ambiente. Química - Boletim SPQ, Lisboa, n. 79, 16-20, 2000;

MISHRA, V. S.; MAHAJANI, V. V.; JOSHI, J. B. Wet air oxidation. Industrial and Engineering Chemistry Research, 34, 2-48, 1995.