TRATAMENTO DE EFLUENTE HOSPITALAR POR MÉTODOS OXIDATIVOS AVANÇADOS

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1 TRATAMENTO DE EFLUENTE HOSPITALAR POR MÉTODOS OXIDATIVOS AVANÇADOS 1 Thiago Lopes da Silva, 2 Célia Regina Granhen Tavares, 3 Elenice Tavares Abreu 1 Bolsista de iniciação Científica IC-Balcão/CNPq/UEM, discente do curso de Engenharia Química/UEM 2 Professora Doutora da Universidade Estadual de Maringá (UEM)/PR 3. Pesquisadora Doutora do Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá (UEM)/PR 1,2,3 Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá. Avenida Colombo 5790, bloco D-90, Campus Universitário Maringá, Maringá - Paraná - Brasil, CEP: , fone: (44) celia@deq.uem.br RESUMO Neste trabalho avaliou-se a remoção de fenóis em efluente hospitalar por processos avançados de oxidação Fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 ) e foto-fenton (Fe 2+ /H 2 O 2 /UV). O tempo reacional e concentração de reagentes foram determinados para a otimização do processo. Os resultados obtidos mostraram que o processo foto-fenton apresentou uma maior eficiência em comparação com o processo Fenton, com valores que alcançaram até 98,7%. As determinações das concentrações de fenóis totais foram realizadas em oito amostras compostas do efluente hospitalar coletados no Hospital Universitário de Maringá (HUM), em 2007 e Para determinar o tempo reacional para os processos, foram retiradas amostras nos tempos de 60, 90 e 120 minutos e determinada a concentração de fenóis totais para cada amostra, obtendo-se valores de fenóis totais em função do tempo de reação. As concentrações de fenóis totais, determinados nas amostras do efluente, variaram entre 6,6 e 12,9 mg/l, valores estes acima do permitido (0,5 mg/l) pela Resolução n 357/05 do CONAMA. Os resultados apresentados mostram que as eficiências de remoção de fenóis totais foram maiores no tempo reacional de 120 minutos, em comparação com os tempos de 60 e 90 minutos estudados. As degradações dos compostos fenólicos, pelos processos oxidativos avançados, do efluente do HUM variaram entre 43,5 e 98,7%. Palavras-Chave: Fenton, foto-fenton, fenóis. INTRODUÇÃO A dificuldade de biodegradabilidade de medicamentos, metais pesados, produtos químicos e as misturas destes, tornam o efluente hospitalar bastante agressivo para o meio ambiente. O grande volume gerado destes efluentes tóxicos é um outro agravante para o meio em que são lançados. De acordo com EMMANUEL et al. (2002) um dos principais problemas ambientais, causados pela disposição de efluentes hospitalares, é o seu lançamento nas redes coletoras de esgoto, do mesmo modo que os efluentes domésticos, sem nenhum tratamento prévio. De acordo com SAPIA e MORITA (2003), o fenol, entre outros compostos químicos, tem sido detectado no lodo das estações de tratamento de esgotos domésticos. Estes poluentes podem inibir a digestão aeróbia ou anaeróbia e ainda gerar lodo com características perigosas, que pode torná-lo inconveniente ao uso na agricultura ou se for disposto inadequadamente, pode contaminar o solo e a água subterrânea. Segundo ABREU (2008), o despejo de e- fluentes com altas concentrações de compostos fenólicos, nas redes coletoras de esgoto doméstico, pode causar sérios danos ao ambiente, pois, considerando-se que a maioria dos sistemas convencionais de tratamento de esgotos é projetada somente para a remoção de matéria orgânica e organismos patogênicos, os compostos fenólicos passarão intactos por estes processos de tratamento. Desta forma, torna-se necessário a aplicação de tratamento específico para a remoção de fenóis totais presentes nos efluentes hospitalares. Nos últimos 20 anos, os Processos Oxidativos Avançados (POA) têm merecido destaque devido à sua alta eficiência na degradação de i- números compostos orgânicos e custo operacional baixo. Têm se mostrado como uma alternativa no tratamento de águas superficiais e subterrâneas, bem como de águas residuárias e solos VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 contaminados. Nos Processos Oxidativos Avançados, há a mineralização da grande maioria dos contaminantes orgânicos, isto é, o composto não é apenas transferido de fase, mas destruído e transformado em dióxido de carbono, água e â- nions inorgânicos (não tóxicos, ou de menor potencial tóxico). (TEIXEIRA & JARDIM, 2004). Os processos oxidativos avançados envolvem a geração e uso de espécies transitórias como o radical hidroxila ( OH), sendo o radical responsável alta capacidade oxidante para degradar compostos orgânicos. A reação Fenton utiliza íons ferrosos (Fe 2+ ) provenientes de um sal ferroso e peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) para produzir radical hidroxila ( OH), conforme a equação 1, a seguir. - (TEI- XEIRA & JARDIM, 2004). Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH + OH - Equação 1 Com a combinação da radiação ultravioleta (UV), o reagente Fenton tem seu poder oxidante aumentado, sendo o processo H 2 O 2 /Fe 2+ /UV denominado foto-fenton. O reagente Fenton é um dos principais exemplos de processos oxidativos avançados, apresentando como vantagens a alta eficiência, a simplicidade na destruição de contaminantes e a estabilidade no tratamento de uma ampla faixa de substâncias (MALIK & SAHA, 2003). O reagente Fenton tem sido utilizado com sucesso na degradação de diversos tipos de efluentes, como clorofenóis, surfactantes, na oxidação de resíduo de aterro lixiviação, na degradação de corantes, etc. (TEIXEIRA & JARDIM, 2004). De um modo geral, não há trabalhos na literatura, que levasse em conta a degradação de fenóis totais presentes nos efluentes hospitalares. No entanto, as indicações que o processo Fenton e foto-fenton são capazes de tratar tais tipos de compostos justificaram o uso destes processos no tratamento do efluente estudado. MATERIAIS E MÉTODOS As determinações das concentrações de fenóis totais foram realizadas em oito amostras compostas do efluente hospitalar, coletadas em 2007 e As coletas foram feitas nos períodos de maior circulação de pessoas no hospital, das 8:00h às 17:30h. A cada 30 minutos retirava-se uma amostra de 200 ml. O efluente era armazenado em galões dentro de caixa térmica refrigerada com gelo. As amostras então eram encaminhadas para análises no Laboratório de Gestão, Controle e Preservação Ambiental (LGCPA) do Departamento de Engenharia Química da Universidade Estadual de Maringá. A concentração de Fenóis Totais foi determinada pelo método colorimétrico de Folin- Ciocaulteu, proposto por SCALBERT et al. (1989). Este método baseia-se na oxidação de fenóis por reagente Folin-Ciocaulteu, resultando na formação de um complexo azul proporcional à concentração de fenóis. A leitura do complexo colorido foi monitorada utilizando-se espectrofotômetro marca HACH modelo DR/2010, a um comprimento de onda de 760nm. Para remoção de fenóis foram utilizados os processos Fenton e Foto-Fenton. Numa primeira etapa, foram realizados experimentos preliminares, com o objetivo de avaliar a influência do tempo reacional bem como da concentração de reagentes na eficiência de remoção de fenóis totais pela oxidação pelo reagente Fenton. Foram testadas as razões [DQO]:[H 2 O 2 ] = 1:4 (m/m), variando as razões mássicas de ferro [Fe] em relação a DQO de 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 e 0,6. Para a determinação do tempo reacional do processo de oxidação, realizou-se nesta etapa análises de fenóis totais, durante o experimento, nos tempos de 60, 120 e 180 minutos. Para determinar o tempo reacional, tanto para o processo Fenton, como para o processo Foto-Fenton em amostras subseqüentes, foram retiradas amostras nos tempos de 60, 90 e 120 minutos e determinada a concentração de Fenóis Totais para cada amostra, obtendo-se valores de fenóis totais em função do tempo de reação. No sistema de tratamento Fenton, o experimento foi realizado em Jar-test (Jar-test Milan- 101), à temperatura ambiente, sob agitação constante de aproximadamente 150 rpm. Foram utilizados volumes de 150 ml de efluente bruto, em Becker de vidro com volume útil de 250 ml. O sistema de tratamento Foto-Fenton consistiu de um reator de mistura perfeita, um reator de vidro em espiral, lâmpada ultravioleta, bomba peristáltica e tubos. No reator fotoquímico, o efluente circulava através de um tubo de vidro em espiral de 9,0 mm de diametro em torno de uma lâmpada UV (15 W; λ = 380 nm) de 43,5 cm de comprimento e 2,6 cm de diâmetro. O experimento foi conduzido à temperatura ambiente. A Figura 1, a seguir, reproduz o reator utilizado nos experimentos foto-fenton. Em detalhe o reator de vidro espiral em torno da lâmpada e- missora de radiações ultravioleta.

3 FT (mg/l) Concentrações de Fenóis Totais das amostras do HUM 12,93 10,80 8,72 9,96 9,17 8,12 6,90 6, Amostras Figura 2 Concentração de Fenóis Totais das amostras coletadas no HUM Figura 1 Reator utilizado no tratamento oxidativo foto-fenton Projetado e executado no Departamento de Engenharia Química /UEM A quantidade de reagentes requerida foi determinada de acordo com a Demanda Química de Oxigênio (DQO) inicial do efluente. A partir da DQO do efluente eram calculadas as quantidades de solução de íons ferrosos e peróxido de hidrogênio. Tanto no processo Fenton quanto no foto- Fenton, primeiro adicionou-se a quantidade de ferro ao efluente a ser oxidado e posteriormente foi feita a adição de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) em três partes iguais com intervalos de 10 minutos. As soluções de ferro sob a forma de Fe- SO 4 7H 2 O eram preparadas e padronizadas diariamente antes do uso. O peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) era utilizado diretamente do frasco, sem diluição. Segundo TEIXEIRA & JARDIM, a reação Fenton é fortemente dependente do ph da solução. De fato, somente em condições ácidas o oxidante reativo predominante é o OH. O ph do efluente, antes de se iniciarem as reações fenton e foto-fenton, era ajustado para 3 com solução de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Para parar a reação era utilizada solução de hidróxido de sódio (NaOH) e o ph era ajustado para um valor acima de 8. RESULTADOS E DISCUSSÃO Nas análises do efluente do Hospital Universitário de Maringá (HUM) foi constada a presença de compostos fenólicos em concentrações elevadas. As concentrações de fenóis totais, determinados nas amostras do efluente do HUM, variaram entre 6,6 e 12,9 mg/l. Estes resultados mostram valores muito acima do permitido (0,5 mg/l) para lançamento nas redes coletoras de esgoto e pela Resolução n 357/05 do CONAMA. Os resultados das determinações das concentrações de fenóis totais, das coletas efetuadas para o estudo realizado, são apresentados na Figura 2. Primeiramente foram realizados testes para determinar as melhores condições de tratamento para os processos oxidativos Fenton e foto- Fenton. Os parâmetros de tratamento foram determinados a partir de ensaios realizados com o processo Fenton. A partir destes testes preliminares foi possível avaliar a influência do tempo reacional e da razão mássica de ferro e determinar as condições, baseadas na eficiência de remoção de fenóis totais, a serem utilizadas nos experimentos, Fenton e foto-fenton, posteriores. Para a avaliação da razão mássica de ferro a ser utilizada, foram testadas as razões mássicas de [DQO]:[H 2 O 2 ] = 1:4, com variações na razão dede [Fe] de 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 e 0,6, ph=3 e tempos de 60, 120 e 180 minutos. Os resultados são apresentados a seguir, na Tabela 1. Nesta amostra a concentração de fenóis totais (FT) inicial era de 9,17 mg/l. Tabela 1 Concentração de FT, durante o tratamento Fenton, para várias razões mássicas de ferro para os tempos reacionais de 60, 120 e 180 min. Razão Tempo Reacional (minutos) Mássica de Ferro ,1 9,17* 8,41* 8,2* 5,40* 0,2 9,17* 6,41* 6,11* 4,01* 0,3 9,17* 6,56* 6,35* 4,41* 0,4 9,17* 7,36* 7,17* 5,42* 0,5 9,17* 9,20* 8,72* 6,51* 0,6 9,17* 10,86* 9,44* 7,92* *Medida da concentração de fenóis totais durante o progresso do tratamento, unidade: mg/l. Em todos os tempos reacionais os resultados apresentados na Tabela 1 indicaram uma maior eficiência na remoção de Fenóis Totais para a razão mássica de ferro de 0,2. Devido o interesse em utilizar concentrações menores, justificada pelo menor consumo de reagentes, foi realizado outro teste para as razões

4 mássicas de ferro de 0,1 e 0,2 na amostra de concentração de fenóis totais inicial de 12,9 mg/l. A Tabela 2, a seguir, relaciona os resultados das concentrações de fenóis totais com a razão de ferro utilizada e o tempo reacional. Tabela 2 Teste com tratamento Fenton para a avaliação da melhor proporção de ferro para ser utilizada nos tratamentos Fenton e foto- Fenton Razão Mássica Tempo Reacional (min) de Ferro Início ,1 12,9* 10,3* 2,9* 0,2 12,9* 11,4* 5,5* * Medida da concentração de fenóis totais durante o progresso do tratamento, unidade: mg/l. Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram que a remoção de fenóis totais (FT) nos tempos de 60 e 120 min foram maiores para a razão mássica de ferro de 0,1. Para o tempo de 120 minutos a razão mássica de ferro de 0,1 a- presentou remoção de FT igual a 77,5% enquanto que na razão de 0,2 a remoção foi de 57,4%. A diferença nos resultados do primeiro teste (Tabela1), que apresentou uma maior eficiência na remoção de FT para a razão de ferro de 0,2; e o segundo (Tabela 2), no qual a maior eficiência foi observada para a razão de 0,1; pode estar relacionada a diferente composição de compostos fenólicos presentes nas amostras. Os resultados obtidos no segundo experimento, no qual a razão mássica de ferro de 0,1 se mostrou mais eficiente na remoção de FT, e a possibilidade de um consumo menor de reagentes foram determinantes para a escolha da proporção de ferro de 0,1 nos experimentos posteriores. Além do mais, a eficiência alcançada no segundo teste para a razão de 0,1; que foi de 77,5%, foi maior que a alcançada para a razão de ferro de 0,2 no primeiro teste (Tabela 1); que para um tempo de 120 minutos alcançou 33,4% de remoção de FT. Com o propósito de comparar a eficiência de remoção de fenóis totais entre os métodos Fenton e foto-fenton, a amostra de concentração inicial de fenóis totais de 12,93 mg/l, foi submetida aos dois métodos de oxidação. Os resultados obtidos são mostrados na Figura 4. FT (mg/l) Comparação entre os processos Fenton e foto-fenton 12,93 10,3 6,42 Fenton fofo-fenton 2, tempo (min) 0,17 Figura 3 Comparação na remoção de Fenóis Totais entre os métodos de oxidação Fenton e foto-fenton O efluente submetido às mesmas condições de oxidação (razão mássica de ferro de 0,1) indicou que o efeito da degradação de fenóis totais foi maior quando houve a associação de raios UV no experimento (processo oxidativo foto- Fenton). As remoções alcançadas de FT entre os métodos, para o tempo de 120 minutos, foram de 77,5% para o processo Fenton e 98,7% para o processo foto-fenton. Portanto o processo foto- Fenton, que gerou uma maior remoção, foi o tratamento utilizado nas análises posteriores do e- fluente hospitalar. Em análises subseqüentes, as amostras foram submetidas ao processo oxidativo foto- Fenton, com razão mássica de ferro de 0,1. A evolução das concentrações de fenóis totais durante o tratamento realizado nas coletas posteriores são apresentadas na Tabela 3, a seguir. Tabela 3 Concentração de Fenóis Totais (FT) após o tratamento foto-fenton Coletas tratadas pelo método foto-fenton DQO (mg/l) Tempo Concentração de FT (mg/l) Início 9,96 8,47 6,90 6,61 60 min 9,27 0,81 8,44 4,31 90 min 7,66 0,64 4,05 3, min 5,63 1,07 1,10 2,53 Os resultados apresentados na Tabela 3 demonstram que o melhor tempo reacional para a remoção de FT foi de 120 minutos, quando comparados aos tempos de 60 e 90 minutos. A exceção foi a segunda amostra (de concentração inicial de FT de 8,47 mg/l Tabela 3), cujo melhor tempo foi de 90 minutos. As eficiências nas degradações dos compostos fenólicos para o tempo de 120 minutos, segundo os resultados apresentados na Tabela 3, variaram entre 43,5% e 87,4%. Vários fatores podem ter influenciado na variação das eficiências de remoção de FT, tais como; cor, turbidez e ou-

5 tros compostos químicos presentes nas amostras submetidas ao tratamento proposto. Desta forma, torna-se necessário o estudo da influência de alguns parâmetros, no processo de oxidação dos efluentes do HUM. A adição seqüencial de H 2 O 2, em três partes iguais em intervalos se 10 minutos, se deve a possibilidade de aumento excessivo de temperatura durante a adição do reagente no efluente. Entretanto, nas amostras analisadas, a adição de peróxido de hidrogênio não provocou um aumento de temperatura significativo. Durante o monitoramento do processo não foi observado variações de temperatura maiores que 3 C. CONCLUSÃO A alta concentração de fenóis, presente no efluente do hospital, é um fator preocupante devido aos riscos que esses compostos oferecem, quando dispostos no ambiente. Os resultados das amostras analisadas revelaram valores acima do permitido, indicando assim a necessidade da aplicação de tratamento específico para a remoção de fenóis totais presentes nos efluentes hospitalares. O processo oxidativo foto-fenton apresentou uma maior eficiência na diminuição da concentração de fenóis do efluente quando comparado com o tratamento pelo processo Fenton. Com relação ao tempo reacional, os resultados obtidos com 120 minutos de tratamento apresentaram melhores resultados quando comparados com os tempos de 60 e 90 minutos. A eficiência na remoção de FT observada no tratamento pelo método de oxidação foto- Fenton, para o tempo de 120 minutos, variou entre 43,5 e 87,4% nos experimentos apresentados na Tabela 3, e chegou a 98,7% no experimento apresentado na Figura 3. Essa grande variação demonstra que outros fatores podem ter influenciado o processo oxidativo, tais como, cor, turbidez e outros compostos químicos presentes nas a- mostras analisadas. Desta forma, torna-se necessário o estudo da influência de alguns outros parâmetros no processo de oxidação dos efluentes analisados do HUM. Os resultados obtidos dos experimentos com processo oxidativo foto-fenton, apesar de preliminares, indicam uma forma potencial para tratamento de efluentes que contêm altas concentrações de fenóis. CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente - Resolução n o 05, de 05 de agosto de Dispõe sobre os resíduos sólidos gerados em portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários e estabelecimentos prestadores de serviços de saúde. EMMANUEL, E.; PERRODIN, Y BLANCHARD, J- M.; KECK, G. e VERMANDE, P. (2002); Effects of hospital wastewater on aquatic ecosystem - XXVIII Congreso Interamericano de Ingeniería Sanitaria y Ambiental Cancún, México, 27 al 31 de octubre, SAPIA, P. M.; MORITA, D. M. (2003). Critérios de recebimento de Efluentes não Domésticos em Sistemas Públicos de Esgotos: Uma Análise Crítica e Ambiental. TEIXEIRA, C. P. A. B.; JARDIM, W. F. (2004). Processos Oxidativos Avançados Conceitos Teóricos, Caderno Temático, Volume 3 - UNICAMP/ Universidade Estadual de Campinas; IQ Instituto de Química. SCALBERT, A., MONTIES, B., JANIN G. (1989). Tannin in wood: comparison of different estimation methods, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 37, pp , MALIK, P. K.; SAHA, S.K. (2003). Oxidation pf direct dyes with hydrogen peroxide using ferrous ion as catalyst, Sep. Purif. Technologie, Madrid, España, AGRADECIMENTOS À Orientadora Prof. Dra Célia Regina Granhen Tavares, a pesquisadora Dra. Elenice Tavares Abreu, ao CNPq pelo apoio financeiro ao projeto, e a todos aqueles que de alguma forma tornaram possível a realização deste trabalho. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABREU, E. T. (2008 Abreu, E. T. Tese de Doutorado: Proposta de Gerenciamento de efluente de Serviços de Saúde gerados no Hospital Universitário Regional de Maringá (HUM), Universidade Estadual de Maringá, 2008.