Pesquisadores criam ‘reator redox’ para purificação de água

O reator que foi desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Química da USP purifica e recicla a água pela mineralização dos contaminantes

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Na indústria petroquímica: amostras do efluente bruto (esquerda); após passar na caixa separadora de água e óleo, e sofrer filtragem (centro); e após passar por tratamento de processo oxidativo avançado (direita). Vista superior (A) e vista lateral (B) – Foto: Divulgação

Pesquisadores liderados pela professora Ana Maria da Costa Ferreira, do Instituto de Química (IQ) da USP e membro do Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) – Redoxoma, 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. O reator, que já está em uso em uma empresa petroquímica de refino de óleos lubrificantes, e o processo de purificação foram patenteados por meio da Agência USP de Inovação.

“Nosso foco nesse trabalho sempre foi purificar a água. Atualmente, o desenvolvimento de métodos de reciclagem de água é uma preocupação no mundo inteiro”, afirmou a pesquisadora, ressaltando a importância, do ponto de vista ambiental, do uso de processos denominados 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, no ano passado, defendeu doutorado no IQ com a tese Processos oxidativos com hidroperóxidos, persulfatos ou perácidos, catalisados por espécies de cobre e de ferro com potencial aplicação em química ambiental, sob orientação da professora Ana Maria da Costa Ferreira e coorientação da professora Vera Constantino. Almeida Filho atualmente é consultor da Lubrasil Lubrificantes e planejou o reator com base nos estudos realizados durante o doutorado.

Processos Oxidativos Avançados

Para desenvolver o reator, os pesquisadores associaram três Processos Oxidativos Avançados (POAs): reagente de Fenton, que é 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 (POAs) são baseados na geração de radicais fortemente oxidativos, principalmente radicais hidroxil (HO•), capazes de destruir inúmeros compostos e mineralizar os contaminantes. Tais 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 destes 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 consiste 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 se 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 a 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. Ana Maria 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. Nosso 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 aumentarem 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 de Propriedade Industrial (INPI/SP) com o nº BR102016014409-4, em 17/6/2016.

Crise hídrica

Ana Maria ressalta a importância do desenvolvimento de tecnologias eficientes para eliminar resíduos de efluentes industriais, pois, além das refinarias, outras indústrias geram grandes quantidades de efluentes que precisam de tratamento, como indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, agroquímicas, de alimentos e bebidas, de papel e polpa de celulose e têxteis.

E, apesar de temos uma legislação rigorosa, ainda são frequentes os relatos de despejos de resíduos industriais em córregos, rios e mares, contaminando solos e águas subterrâneas. O mesmo problema ocorre em todo o mundo.

Não custa lembrar que alertas sobre a crise hídrica são cada vez mais frequentes. De acordo com o Relatório Mundial das Nações Unidas sobre Desenvolvimento dos Recursos Hídricos 2016, 1,8 bilhão de pessoas não tem acesso seguro à água com condições mínimas para o consumo humano e, até 2030, o mundo enfrentará um déficit de 40% entre a procura e a disponibilidade de água, caso nenhuma ação seja tomada. Com base em dados da OCDE (Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico), o documento alerta que 2,3 bilhões de pessoas viverão em áreas com grave restrição hídrica até 2050.

Maria Célia Winder/Cepid Redoxoma

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