ESTUDO DO EFEITO DA TEMPERATURA 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 Temperatura (T) (50; 70 e 90 oC) no tratamento por Processo de Oxidação Avançada (POA) de um efluente líquido fenólico. Neste processo, a razão molar estequiométrica fenol/peróxido de hidrogênio (R) foi de 50%. 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 98% e a conversão do COT de quase 24%, respectivamente, nas condições operacionais ótimas do processo (T=90 oC; R=50% e Q=100 NL.h-1).

Palavras chaves

POA; CLAE; COT

Introdução

Os compostos fenólicos são prejudiciais à saúde humana, podendo provocar necrose, problemas digestivos, danos ao fígado e aos rins (CHEN et al., 2004; TOR et al., 2006). Quando presentes em água potável, os fenóis podem causar sérios problemas de saúde pública, podendo também provocar a morte de peixes, mesmo em concentrações na faixa de 1 mg.L-1. Em concentrações inferiores a 1 mg.L-1, são também tóxicos a outras espécies biológicas e destroem o ambiente aquático (MISHRA et al., 1995). Devido a esses fatores, o Conselho Nacional do Meio Ambiente-CONAMA estabelece o valor máximo 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 Processo Oxidativo Avançado (POA), através de um reator PARR, que visa oxidar os compostos fenólicos a pressão atmosférica, através da geração dos radicais livres, principalmente •OH, decorrentes da reação de oxidação do efluente orgânico com o peróxido de hidrogênio e a vazão de ar. Este trabalho tem como objetivo o estudo do efeito da temperatura no tratamento de efluentes líquidos fenólicos e o peróxido de hidrogênio adicionado serve como fonte de radical hidroxila (●OH), a fim de degradar o composto orgânico fenólico. 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-1 (T=50 oC; R=50%; pH=7; Q=100 NL.h-1); EN-2 (T=70 oC; R=50%; pH=7; Q=100 NL.h-1); EN-3 (T=90 oC; R=50%; 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 de Temperatura (T) utilizadas no processo oxidativo avançado. Nesta, foi possível observar que o aumento da temperatura de 50 oC para 90 oC favorece o processo de oxidação do efluente fenólico, obtendo uma maior degradação do fenol de praticamente 98% e uma mais elevada conversão do COT de quase 24%, respectivamente, para uma temperatura de 90 oC (Ensaio 3 – EN 3). 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-1, EN- 2 e EN-3;

Conclusões

Neste trabalho foi possível observar a importância do estudo da temperatura no tratamento do efluente orgânico fenólico, visando observar a significância que o peróxido de hidrogênio e a vazão de ar apresentam como agente oxidante para o meio reacional devido à possibilidade de formação do radical hidroxila, a fim de que ocorra o processo de oxidação do composto orgânico. Foi possível observar também, que com o aumento da temperatura do meio reacional o processo de oxidação foi favorecido, alcançando valores maiores na degradação do fenol (praticamente 98%) e na conversão do COT (quase 24%).

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.

BRASIL. Ministério do Meio Ambiente. Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA), Brasília, DF, Resolução n0 430, de 13 de maio de 2011.

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, 55, 339-344, 2004.

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

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

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, 300, n0 2, 498-503, 2006.