VI-024 ESTUDO DA AÇÃO DO FENTON NO TRATAMENTO DE RESÍDUOS CONTENDO FORMOL Maristela Silva Martinez (1) Bacharel e Licenciada em Química pela Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo - USP, mestre e Doutora em Ciências Físico - Química pelo Instituto de Química de São Carlos, USP. Professora da Universidade da Associação de Ensino de Ribeirão Preto (UNAERP) SP, Brasil. Cristina Filomena Pereira Rosa Paschoalato Engenheira Química, Mestre e Doutora em Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos, USP. Professora da Universidade da Associação de Ensino de Ribeirão Preto (UNAERP) SP, Brasil. Joice Dalla Costa Calixto Aluna de iniciação científica do laboratório de resíduos químicos do Curso de Engenharia Química da Universidade da Associação de Ensino de Ribeirão Preto (UNAERP) SP-Brasil. Thaís Amélia Onça Baptista de Souza Aluna de iniciação científica do laboratório de resíduos químicos do Curso de Engenharia Química da Universidade da Associação de Ensino de Ribeirão Preto (UNAERP) SP-Brasil. Weliton de Oliveira Machado Engenheiro Químico, pela Universidade de Ribeirão Preto (UNAERP), Técnico do Laboratório de Análise e Tratamento de Resíduos Químicos da Associação de Ensino de Ribeirão Preto, Mestre em Tecnologia Ambiental pela Universidade de Ribeirão Preto, SP, Brasil. Endereço (1) : Rua Angico, 507 Jardim Recreio- Ribeirão Preto- SP CEP: 14040-240 Tel: (16) 6308225 e-mail: mmartine@unaerp.br ou maristela_martin@uol.com.br RESUMO A poluição ambiental está diretamente relacionada à atividades humanas, já que o acúmulo e o descarte indevido de efluentes químicos vem sendo apontado como uma das principais causas de deterioração do ecossistema. Dessa forma, tem crescido a busca por novas tecnologias aplicáveis ao tratamento de efluentes, já que a legislação vem se tornando cada vez mais restrita e a fiscalização mais presente. O formol é composto por uma solução de formaldeído diluído em água, sendo usualmente empregada na conservação de peças de anatomia e cadáveres. O descarte dessa solução é um problema, já que os despejos contendo formaldeído causam expressivos impactos ao ambiente, ocasionado pela elevada concentração de matéria orgânica que provoca uma drástica depleção de oxigênio presente no meio aquático. Em virtude disso, este trabalho visa propor uma forma de tratamento por Processos Oxidativos Avançados (POA), que têm sido uma alternativa para tratamento de compostos orgânicos recalcitrantes. Neste estudo avaliamos a ação do Fenton na oxidação do formol. A solução de formaldeído utilizada nos ensaios foi preparada a 1% em laboratório. Após o contato entre a solução e o oxidante, foram realizadas análises de Demanda Química de Oxigênio (DQO) como parâmetro indicativo para verificar a eficiência de redução de matéria orgânica do processo. As variáveis acompanhadas foram concentração do oxidante e tempo de contato solução/ oxidante. A redução máxima de carga orgânica obtida foi de 99,37%. PALAVRAS-CHAVE: Formol, Processos Oxidativos Avançados, Fenton e DQO. INTRODUÇÃO Ao longo das décadas, as atividades industriais e humanas têm produzido rejeitos gasosos, líquidos e sólidos que apresentaram uma série de efeitos deletérios ao meio ambiente. Devido a crescente escassez das fontes hídricas potáveis, muitos esforços têm sido realizados buscando desenvolver tecnologias capazes de minimizar a quantidade e a toxicidade dos resíduos. Atualmente, o estudo de novas alternativas para o tratamento das inúmeras espécies químicas poluentes despejadas no meio ambiente continua sendo uma das principais armas para combater e/ou minimizar os efeitos da contaminação antropogênica. Além disso, os conceitos de desenvolvimento sustentável, as medidas restritivas aplicadas na reformulação da legislação e a fiscalização ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
mais presente de órgãos responsáveis pela preservação ambiental, têm demonstrado o amadurecimento da chamada conscientização ambiental. Aldeído Fórmico, Metil Aldeído, Metanal são outros nomes dados ao formaldeído, HCOH, que é o aldeído mais conhecido e usado. Em solução aquosa, é chamado de formol ou formalina, comercializada na porcentagem de 37 a 40% de formol e de 10 a 15% de metanol, que é adicionado para a estabilização da solução, uma vez que aldeídos tendem a se polimerizar 1. Esse produto possui odor penetrante, é infinitamente solúvel em água, tem densidade 1,081, seu ph varia de 2,8 4,0, massa molecular é de 30MM e seus pontos de fusão e de ebulição são respectivamente 15 C e 96 C 2. O formol é uma solução de formaldeído diluído de 8 a 10% em água, sendo a mais empregada na conservação de peças de anatomia e cadáveres. O descarte dessa solução é um problema, já que os despejos contendo formaldeído podem causar expressivos impactos ao ambiente devido a sua alta Demanda Química de Oxigênio (DQO). Estudos para avaliar a degradação do formol visando uma forma de tratamento eficaz para posterior descarte das soluções presentes em Laboratórios de Anatomia vêm sendo realizados 3. Nos últimos 20 anos, os processos oxidativos avançados (POA) têm merecido destaque devido a sua alta eficiência na degradação de inúmeros compostos orgânicos. POA são processos de oxidação que geram radicais hidroxila (OH ), os quais são espécies altamente oxidantes que em quantidade suficiente podem provocar a mineralização da matéria a dióxido de carbono, água e ânions, geralmente utilizando Ozônio, Peróxido de Hidrogênio, Fotocatálise e o Reagente de Fenton 4. São processos limpos e não-seletivos, podendo degradar inúmeros compostos independente da presença de outros. Além disso, podem ser usados para destruir compostos orgânicos tanto em fase aquosa, como em fase gasosa ou adsorvidos numa matriz sólida. O emprego de POA, de forma isolada, combinada ou preliminar a outros tratamentos, tem apresentado boas perspectivas para a depuração efetiva de uma série de espécies químicas poluentes. Neste estudo avaliamos a ação do Fenton na oxidação do formol. Este processo desenvolve-se pela geração do radical hidroxila através da decomposição do peróxido de hidrogênio catalisado pelo cátion ferroso em meio ácido, a qual pode ser observada por meio da equação1: Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH + OH - equação (1) MATERIAIS E MÉTODOS Foi utilizada uma solução de formaldeído a 1% preparada a partir de uma solução PA 37% da Synth. Realizaram-se análises da demanda química de oxigênio (DQO) para avaliar a carga orgânica presente na solução em cada etapa do trabalho. Para isso foi utilizado um reator de DQO e um espectrofotômetro DR2000 Hach. A medida de DQO indica a quantidade de oxigênio necessária para a oxidação da matéria orgânica. O processo se baseia na oxidação de matéria orgânica por uma mistura em ebulição de ácido crômico e ácido sulfúrico por um período de 2 horas 5. Após esse período de tempo se determina a quantidade de oxigênio dissolvido por espectrofotometria. O reagente de fenton foi preparado utilizando peróxido de hidrogênio comercial 100 V da Chemco, sulfato ferroso hepta hidratado comercial da Cirq. O volume da solução em estudo foi fixado em 500mL e a mesma foi acidulada com 1mL de HNO 3. A relação entre as concentrações de Peróxido de hidrogênio e cátion ferroso sempre foi mantida em 2,5: 1. A Tabela 1 mostra as concentrações adotadas no estudo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
Tabela 1: Concentração de H 2 O 2 e de Fe 2+ utilizados em cada estudo. Estudo [H 2 O 2 ]g/l [Fe 2+ ] g/l 1 3,0 1,2 2 6,0 2,4 3 9,0 3,6 4 12,0 4,9 5 15,0 6,0 Para cada concentração foram realizados quatro adições sucessivas dos oxidantes com intervalos de 24h. Antes de cada adição foram realizadas analises de DQO a fim de determinar a carga orgânica inicial e a carga orgânica removida. RESULTADOS E DISCUSSÕES A concentração da solução de formaldeído foi fixada em 1% visto que a mesma apresenta uma DQO de 14.700mg/L. A Tabela 2 mostra o volume de H 2 O 2 e a massa de FeSO 4. 7H 2 O consumidos em cada adição nos diversos ensaios. Tabela 2: Volume de H 2 O 2 e de FeSO 4. 7H 2 O utilizados em cada dosagem. Estudo V H 2 O 2 (ml) m FeSO 4. 7H 2 O (g) 1 5,0 3,0 2 10,0 6,0 3 15,0 9,1 4 20,0 12,1 5 25,0 15,0 Os resultados das análises de DQO obtidos após cada dosagem dos oxidantes estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3: Variação da DQO após cada dosagem. DQO (mg/l) DQO (mg/l) após a 1 a após a 2 a dosagem dosagem DQO (mg/l) após a 3 a dosagem DQO (mg/l) após a 4 a dosagem Estudo [Oxidante por Dosagem] (g/l) 1 3,0 H 2 O 2 /1,2Fe 2+ 13.082 7.389 2.885 3.896 2 6,0 H 2 O 2 /2,4Fe 2+ 9.326 5.389 1.578 147 3 9,0 H 2 O 2 /3,6Fe 2+ 7.375 2.462 154 208 4 12H 2 O 2 /4,8Fe 2+ 6.607 1.673 93 123 5 15H 2 O 2 /6,0Fe 2+ 5.685 1.146 101 185 De acordo com a Tabela 3, podemos observar que tivemos uma redução na DQO em todos os ensaios. No segundo estudo, obteve-se uma redução significativa na DQO após a quarta adição de oxidante, como podemos observar na figura 1. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
Figura 01: Dados da DQO após 24h de cada adição de 10mL de H 2 O 2 e 6,0g de Fe 2+. A amostra bruta possuía uma DQO de 14.763mg/L e após a Quarta Adição de H 2 O 2 / Fe 2+ passou para 147mg/L, o que indica uma redução de 99,0% de carga orgânica. Neste caso o consumo de H 2 O 2 foi de 80mL/L e o de FeSO 4. 7H 2 O foi de 48g/L. O tempo total para o estudo foi de 96h. No terceiro estudo o melhor resultado foi obtido após a terceira adição dos oxidantes (Figura 2). Figura 02: Dados da DQO após 24h de cada adição de 15mL de H 2 O 2 e 9,1 g de Fe 2+. A amostra bruta possuía uma DQO de 14.763mg/L e após a Terceira Adição de H 2 O 2 / Fe 2+ passou para 154mg/L, o que indica uma redução de 99,0 % de carga orgânica com um consumo de 90mL/L de H 2 O 2 e 54g/L de FeSO 4. 7H 2 O. O período de tratamento foi de 72h. No quarto estudo após a terceira adição obtivemos o melhor resultado (Figura 3). Figura 03: Dados da DQO após 24h de cada adição de 20mLde H 2 O 2 e 12,1g de Fe 2+. A amostra bruta possuía uma DQO de 14.763mg/L e após a terceira Adição de H 2 O 2 / Fe 2+ passou para 90mg/L, o que indica uma redução de 99,37% de carga orgânica. Neste estudo o consumo foi de 120mL/L de H 2 O 2 e 76,2g/L de FeSO 4. 7H 2 O. O tempo de tratamento foi de 72h. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
No quinto estudo obtivemos um melhor resultado após a terceira adição dos oxidantes (Figura 4). Figura 04: Dados da DQO após 24h de cada adição de 25mLde H 2 O 2 e 15g de Fe 2+. A amostra bruta possuía uma DQO de 14.763mg/L e após a Terceira Adição de H 2 O 2 / Fe 2+ passou para 101mg/L, o que indica uma redução de 99,36 de carga orgânica com consumo de150ml/l de H 2 O 2 e 90,0g/L de FeSO 4. 7H 2 O. O período de tratamento foi de 72h. CONCLUSÕES Concluímos que os resultados mais favoráveis foram obtidos no quarto e quinto estudo, onde foram observadas reduções de 99,37 e 99,36% da carga orgânica, respectivamente. Levando em consideração o volume elevado de soluções de formol utilizada em Laboratórios de Anatomia, o resultado do terceiro estudo se torna mais viável economicamente, uma vez que o consumo de reagentes utilizado por litro de resíduo foi menor. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. JUNQUEIRA, L.C.; CARNEIRO, J(1995). Histologia Básica. 8 ed.rio de Janeiro, Editora Guanabara Koogan S.A. 2. ALLINGER, N.L.; CAVA, M. P.; DE JOUNGH, D.C; STEVENS, C.L.(1978). Química Orgânica. 3 ed. Rio de Janeiro, Editora Guanabara Dois S.A. 3. OLIVEIRA, S. V. W. B.; Avaliação da Degradação e Toxidade de Formaldeído em Reator Anaeróbio Horizontal de Leito Fixo; 4. www.usp.br/sucusp; Acesso no dia 25/04/04. 5. MACEDO, J.AB.; Métodos Laboratoriais de Análises Físico Químicas e Microbiológico 2a Edição Atualizado e Revisado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5