Remoção de contaminantes emergentes da água integrando processos baseados em ozono e nanofiltração

Palavras-chave: Contaminantes emergentes,Fármacos,Sulfamethoxazol,Diclofenac,Nanofiltração,Ozonólise,Emerging Contaminants,Pharmaceuticals,Sulfamethoxazole,Diclofenac,Nanofiltration,Ozonation

Nos últimos anos, tem existido uma grande preocupação acerca da presença de contaminantes emergentes no meio ambiente. Entre esses compostos, os fármacos têm recebido especial atenção devido ao seu potencial impacto na saúde humana e no ambiente mesmo em níveis vestigiais. Este tipo de compostos são tóxicos e bio-refratários e a sua imprópria deposição nos esgotos devido a atividades domésticas e industriais diminui a eficiência dos processos convencionais de tratamento biológico. Este facto tem contribuído para a sua ocorrência no meio aquático atingindo também as águas de consumo humano. Uma melhoria global da qualidade da água é imperativa por forma a diminuir a exposição de organismos vivos a estes contaminantes. Neste contexto, tecnologias como Nanofiltração e Ozonólise, aparentam ser métodos atrativos para a remoção destas moléculas, como alternativa aos processos biológicos. No entanto, não existem muitos estudos usando estes processos para tratar misturas de diversos contaminantes. Face a isto, o objetivo deste trabalho é estudar a eficiência destes dois processos de forma separada e integrada no tratamento da mistura de dois fármacos: Sulfamethoxazol (SMX) e Diclofenac (DCF). Dois tipos de efluente foram usados neste trabalho: efluente sintético preparado com água destilada e efluente real usando água secundária de uma estação de tratamento de águas residuais municipal (ETAR). Os ensaios de Nanofiltração em descontínuo foram realizados num equipamento de filtração de membrana de folha plana, à escala laboratorial, com escoamento tangencial e em recirculação total. A membrana usada foi a Trisep TS-80, produzida em poliamida e com um cut-off entre 100 e 200 Da. As reações de ozonólise decorreram num reator de 0,5 L, agitado magneticamente (300 rpm) e em operação semidescontínua. Relativamente à integração, a sequência usada foi Nanofiltração seguida de Ozonólise. Para avaliar a eficiência de cada um dos processos forma realizadas análises de HPLC e CQO. Nas experiências de Nanofiltração foram obtidas retenções superiores dos poluentes para valores de pH elevados devido ao mecanismo de repulsão electroestática. Relativamente ao diferencial de pressão, na gama estudada (5-18 bar), esta variável apresentou um efeito reduzido. Sendo assim, as condições ótimas estabelecidas para este processo foram ΔP=10 bar e pH 6,87, as quais levaram a uma remoção praticamente total de CQO e uma rejeição global dos poluentes de 96%. No processo de ozonólise verificou-se que a adição de H2O2 ao reator e o aumento da sua concentração, bem como como da concentração de O3 levaram a maiores velocidades de degradação de CQO, ou seja permitiram uma mineralização mais rápida dos poluentes. No entanto, doses muito elevadas de H2O2 (10 mM) e de O3 (30 e 45 g Nm-3) provocaram a diminuição da eficiência do processo devido ao efeito scavenger e a um menor aproveitamento do O3, respectivamente. A utilização de catalisador Mn-Ce-O não apresentou um efeito significativo na degradação da carga orgânica do efluente, isto foi explicado pelo facto de o efluente se encontrar a pH 7 o que promoveu a repulsão eletrostática entre a superfície do catalisador e os poluentes inibindo assim a adsorção que constitui um passo fundamental para as reacções de superfície. Face a isto, as condições ótimas estabelecidas para este processo foram: uma concentração inicial de H2O2 de 5 mM, uma concentração de ozono à entrada do reator (CO3,in) de 20 g Nm-3 e a não utilização de catalisador. Nessa situação conseguiu-se uma redução de CQO de 91 % e uma degradação total dos poluentes iniciais após 45 minutos de reação (dose de ozono absorvida de 107 g m-3). A utilização de efluente real, isto é a presença de matéria orgânica natural teve uma influência negativa na eficiência devido à presença de uma grande quantidade de compostos orgânicos refratários. Na perspetiva de integração estudada, a Nanofiltração permitiu obter um permeado com um elevado grau de depuração tendo-se atingido os limites paramétricos da água de consumo humano, para os vários parâmetros analisados. Por sua vez, o retido após 120 minutos de tratamento por Ozonólise estava em conformidade com a legislação para ser descarregado nos recursos hídricos. Este estudo permitiu concluir que a Nanofiltração e a Ozonólise são tecnologias promissoras na remoção de misturas de fármacos de água e provaram ser métodos efetivos na redução de CQO e toxicidade destes efluentes contaminados.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias