Pesquisadores criam reator redox para purificação de água

Desenvolvido por equipe do CEPID Redoxoma, da FAPESP, no Instituto de Química da USP, projeto está em uso em petroquímica (Foto: Amostras de efluente bruto (esquerda), após passar na caixa separadora de água e óleo e sofrer filtragem (centro) e depois de passar por tratamento oxidativo avançado (direita))

Agência FAPESP – Pesquisadores do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP), integrantes do Centro de Pesquisa em Processos Redox em Biomedicina (Redoxoma), um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPIDs) da FAPESP, desenvolveram um reator para tratamento de efluentes industriais, que, com a utilização de processos oxidativos avançados (POA), purifica e recicla a água pela mineralização dos contaminantes, de acordo com a Assessoria de Comunicação do Redoxoma.

O reator, que já está em uso em uma empresa petroquímica de rerrefino de óleos lubrificantes, e o processo de purificação foram patenteados por meio da Agência USP de Inovação.

“Atualmente, o desenvolvimento de métodos de reciclagem de água é uma preocupação no mundo inteiro”, afirmou a pesquisadora Ana Maria da Costa Ferreira, líder do projeto, ressaltando a importância do uso de processos de “Química Verde”, no caso, com base na degradação oxidativa de poluentes.

A ponte entre a universidade e a indústria foi feita pelo químico Saulo Afonso de Almeida Filho, que, em 2015, defendeu doutorado no IQ-USP com a tese “Processos oxidativos com hidroperóxidos, persulfatos ou perácidos, catalisados por espécies de cobre e de ferro com potencial aplicação em química ambiental”, apoiado pela FAPESP, sob orientação de Costa Ferreira e co-orientação da professora Vera Constantino. Saulo atualmente é consultor da Lubrasil Lubrificantes e planejou o reator com base nos estudos realizados durante o doutorado.

Para desenvolver o reator, os pesquisadores associaram três processos oxidativos avançados (POAs): reagente de Fenton, uma solução de peróxido de hidrogênio com catalisador de ferro; processo foto-Fenton, baseado na ação da luz ultravioleta sobre o peróxido de hidrogênio; e reação de ozonização, realizados concomitantemente.

Processos oxidativos avançados são baseados na geração de radicais fortemente oxidativos, principalmente radicais hidroxil (HO•), capazes de destruir inúmeros compostos e mineralizar os contaminantes. Esses processos apresentam constantes de velocidade elevadas e podem degradar várias classes de poluentes. Podem ser de dois tipos: os que utilizam peróxido de hidrogênio, ozônio e/ou luz ultravioleta, envolvendo reações homogêneas, e os que utilizam óxidos metálicos ou polioxidometalatos fotoativos, envolvendo reações heterogêneas.

Atualmente, diversas tecnologias são utilizadas no tratamento de efluentes industriais e, na literatura, encontram-se inúmeras pesquisas sobre a utilização desses processos para recuperação e reciclo de águas. O que faz a diferença no trabalho desenvolvido pelo grupo é o uso de três processos associados.

O reator foi projetado para a purificação de efluentes complexos, como os da indústria petroquímica, que consistem principalmente em água saturada com hidrocarbonetos aromáticos, como benzeno, tolueno e xilenos (BTXs), e óleo emulsificado. O caminho para se obter água purificada a partir desses efluentes passa por um pré-tratamento para separação da fase orgânica (óleo), seguido de várias filtragens, para então circular o filtrado pelo reator, onde é tratado com peróxido de hidrogênio, ozônio e luz ultravioleta na presença do catalisador.

Depois desse tratamento, as águas residuárias contêm apenas compostos inorgânicos, que são retirados por osmose reversa, e podem ser reutilizadas pela empresa ou mesmo descartadas nos rios, pois estão de acordo com os padrões estabelecidos pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb).

Segundo a pesquisadora, uma das vantagens desse processo é a possibilidade de usar a osmose reversa em efluentes que não se enquadravam nas condições mínimas para isso antes do tratamento oxidativo. Além disso, os oxidantes utilizados (ozônio e peróxido de hidrogênio) levam apenas oxigênio e água, produtos não tóxicos. Outra vantagem do processo é a diminuição do custo fixo da empresa, isto é, do custo operacional para descarte dos efluentes.

Dos estudos realizados no laboratório à construção do reator, os pesquisadores enfrentaram vários desafios. Costa Ferreira explica que uma das limitações do uso do reagente de Fenton é a instabilidade dos íons de ferro(II), que se oxidam a ferro(III) em meio de pH maior que 3, precipitando na forma do insolúvel hidróxido férrico. “O desafio é manter o ferro em solução, ou seja, temos que usar íons de ferro coordenados a ligantes apropriados, que mantenham esses íons solúveis, para garantir um processo eficiente de degradação dos poluentes orgânicos. O reator opera mesmo em pH 8 sem que o catalisador precipite”, afirmou. Essa é outra vantagem em relação a processos similares. Os catalisadores utilizados, além de aumentar a eficiência do processo, permitem o envio direto do efluente tratado no reator catalítico para osmose reversa, possibilitando a reutilização integral da água resultante.

O depósito de patente sob o título “Processos de pré-tratamento de efluentes, reator de catálise homogênea, reator de catálise heterogênea e sistema compreendendo os mesmos reatores” foi protocolado junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI/SP) com o nº BR102016014409-4, em 17/06/2016.


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