Efeito da temperatura e do pH da água na concentração e no tempo de saturação do ozônio

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Verde

Autores

Galdeano, M.C. (EMBRAPA) ; Wilhelm, A.E. (EMBRAPA) ; Goulart, I. (UFRRJ) ; Tonon, R.V. (EMBRAPA) ; Freitas-silva, O. (EMBRAPA) ; Germani, R. (EMBRAPA) ; Chavez, D.H. (UFRRJ) ; Guedes, A.M.M. (EMBRAPA)

Resumo

O ozônio tem sido usado há anos em desinfecção de água. Por se decompor rapidamente em oxigênio mostra vantagem de aplicação na área de alimentos. Sua decomposição sofre influência da temperatura e do pH do meio, o que pode afetar a eficiência de desinfecção. Buscando maior efetividade do ozônio, o trabalho objetivou estudar o efeito da temperatura (8 e 25 °C) e do pH (3,0 e 6,0) da água sobre o tempo e a concentração de saturação do gás, adotando- se duas concentrações de injeção (13,3 e 22,3 mg/L). Observou-se aumento da concentração de saturação à medida que se reduziu a temperatura e o pH e que se elevou a concentração inicial do gás. Os maiores valores foram obtidos na condição de pH 3,0 a 8 °C (4,50 e 8,03 mg/L sob injeção de 13,3 e 22,3 mg/L, respectivamente).

Palavras chaves

ozonização; concentração de saturação; tempo de saturação

Introdução

O ozônio (O3) é um gás muito reativo e instável que se decompõe rapidamente. Considerando sua eficiência como agente fumegante, sanitizante e antimicrobiano, o ozônio despertou interesse na indústria de alimentos. Sua decomposição rápida em oxigênio e a ausência de resíduos são importantes vantagens para a aplicação na área de alimentos (TJAHJANTO et al., 2012). Além do amplo espectro de inativação microbiana (LI et al., 2013) e do controle de pragas (KEIVANLOO et al., 2014), o ozônio vem apresentando potencial na degradação de micotoxinas (FREITAS-SILVA et al., 2013). Pode ser aplicado como um gás ou dissolvido em água. Na presença de água sua reatividade é aumentada. Por outro lado, uma limitação de uso na forma aquosa é sua baixa estabilidade neste meio, com meia vida de cerca de 30 minutos (EL-DESOUKY et al., 2012; FREITAS-SILVA et al., 2013). A taxa de decomposição do ozônio, que afeta a eficiência de desinfecção, depende do tempo de geração, pH e temperatura do meio. Temperaturas e pH elevados aceleram sua decomposição (DI BERNARDO & DANTAS, 2005). Diante do exposto, buscando maior reatividade e efetividade do ozônio, o presente trabalho objetivou estudar o efeito da temperatura e do pH da água sobre o tempo e a concentração de saturação do ozônio no meio adotando-se duas concentrações iniciais do gás.

Material e métodos

O teor de ozônio na água foi quantificado utilizando o método do índigo trisulfonato de potássio (APHA et al., 2012). O tempo e a concentração de saturação do ozônio na água foram determinados pela injeção do gás nas concentrações de 13,3 e 22,3 mg/L em um volume de 1000 mL de água deionizada. Foram avaliados o efeito da temperatura (8 e 25 °C) e do pH da água (3,0 e 6,0) na saturação com o gás. O ozônio, gerado pela passagem de oxigênio (99,5% de pureza) pelo gerador de ozônio O&L 3.0 RM (Ozone&Life, Brasil), foi injetado nos tempos 0 a 60 minutos, construindo-se as curvas de Teor de ozônio x Tempo de exposição. Os resultados de tempo e concentração de saturação foram ajustados aos modelos matemáticos sigmoidal (SIGM), regressão linear segmentado com platô (LiRP), regressão quadrática segmentado com platô (QRP) e o modelo logarítmico segmentado com platô (LgRP) (Tabela 1). A modelagem foi realizada utilizando o pacote nlstools (Tools for nonlinear regression analysis) 1.0-2.

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta os teores de ozônio durante o processo de saturação da água. O ajuste dos modelos foi considerado bom com altos valores de coeficiente de determinação (maiores que 87%). Os modelos de regressão com platô representaram melhor o comportamento da concentração de ozônio em função do tempo que o modelo sigmoidal. A concentração do ozônio no meio aumentou à medida que se elevou o tempo de exposição (Figura 1). Os tratamentos que tiveram o valor de concentração inicial (Co) de 13,3 mg/L foram melhores representados pelo modelo de regressão LgRP (R2 maior que 96,66%) e a regressão QRP proporcionou os melhores ajustes para os tratamentos com Co de 22,3 mg/L (R2 maior que 98,90%). Na concentração injetada de 13,3 mg/L, os tempos de saturação (Tsat) variaram de 16,44 a 17,70 minutos, e as concentrações de saturação (Csat) de 3,51 a 4,50 mg/L (Tabela 2), sendo que o maior teor de ozônio foi obtido sob menor temperatura e menor pH, o que está de acordo com a literatura (JUNG et al., 2017). A temperatura e o pH mostraram efeito na degradação do ozônio, sendo que a velocidade de decomposição aumentou com o aumento da temperatura e do pH. Uma vez incorporado ao líquido, o ozônio deve permanecer durante certo tempo para conseguir seu efeito oxidante. Assim, o controle da temperatura e do pH do meio são essenciais quando se busca estender a meia vida do gás (JUNG et al., 2017). A alta instabilidade do ozônio é reforçada pela grande diferença entre o teor injetado e a concentração de saturação. Sob Co de 13,3 mg/L, entre 26 e 34% do ozônio injetado foi quantificado na água dependendo da condição de temperatura e pH. O menor valor ocorreu sob alta temperatura e alto pH. Provavelmente, nas condições onde a decomposição do ozônio é maior, a taxa de decomposição se sobressaiu em relação à taxa de injeção, resultando nos valores observados. Quando a Co aumentou para 22,3 mg/L a concentração de ozônio na água foi maior. Os maiores teores foram também obtidos em condições de menor temperatura e em pH ácido. Os valores de Csat equivaleram a cerca de 24 e 36% da concentração inicial do gás injetado. Observou-se que a Csat dependeu da concentração inicial do gás. Quando a Co foi 22,3 mg/L, a Csat a 8 °C e pH 3,0 foi cerca de 80% maior quando comparado com a mesma condição de tratamento mas sob Co de 13,3 mg/L.

Conclusões

A concentração de saturação aumentou a medida que se diminui a temperatura e o pH do meio e que se elevou a concentração inicial do ozônio. Os modelos de regressão com platô representaram melhor o comportamento da concentração de ozônio em função do tempo, sendo que em menor Co (13,30 mg/L) os dados foram melhores representados pelo modelo de regressão LgRP e a regressão QRP proporcionou os melhores ajustes para os tratamentos com Co de 22,3 mg/L. Para água deionizada na condição de temperatura de 8 °C e pH 3,0, obteve-se valores de concentração de saturação de 4,50 e 8,03 mg/L para as concentrações iniciais de 13,3 e 22,3 mg/L, respectivamente.

Agradecimentos

Ao CNPq pela concessão de apoio financeiro (Edital Universal/2014).

Referências

APHA. Standard Methods for examination of water and wastewater. 22 ed. Washington: American Public Health Association; 2012.
DI BERNARDO, L.; DANTAS, A. D. B. Métodos e técnicas de tratamento de água. São Carlos: Rima. v.2, 2005.
EL-DESOUKY, T. A.; SHAROBA, A. M. A.; EL-DESOUKY, A. I.; EL-MANSY, H. A.; NAGUIB, K. Effect of ozone gas on degradation of aflatoxin B1 and Aspergillus flavus fungal. Environment Analytical Toxicology. v.2, p.1-6, 2012.
FREITAS-SILVA, O.; MOREIRA, S. A.; OLIVEIRA, E. M. M. Potencial da ozonização no controle de fitopatógenos em pós-colheita. RAPP. v.21, p.96-130, 2013.
JUNG, Y.; HONG, E.; KWON, M.; KANG, J-W. A kinetic study of ozone decay and bromine formation in saltwater ozonation: Effect of O3 dose, salinity, pH, and temperature. Chemical Engineering Journal. v.312, p.30–38, 2017.
KEIVANLOO, E.; NAMAGHI, H. S.; KHODAPARAST M. H. H. Effects of low ozone concentrations and short exposure times on the mortality of immature stages of the Indian meal moth, Plodia interpunctella. Journal of Plant Protection Research. v. 54, n.3, 2014.
LI, M.; ZHU, K-X.; WANG, B-W.; GUO, X-N.; PENG, W.; ZHOU, H-M. Delineating the microbial and physical–chemical changes during storage of ozone treated wheat flour. Innovative Food Science and Emerging Technologies. v.20, p.223–229, 2013.
TJAHJANTO, R. T.; GALUH, R. D; WARDANI, S. Ozone determination: A comparison of quantitative analysis methods. Journal Pure Applied Chemistry Research. v.1, n.1, p.18‐25, 2012.