Métodos emergentes para aumentar a eficiência do ozônio no tratamento de águas contaminadas

MÉTODOS EMERGENTES PARA AUMENTAR A EFICIÊNCIA DO OZÔNIO NO TRATAMENTO DE ÁGUAS CONTAMINADAS

O artigo busca destacar métodos para melhorar a eficiência do ozônio no tratamento de águas contaminadas, destacando processos químicos de ozonização, mais especificamente as novas abordagens que visam aumentar a eficiência deste método na degradação e mineralização de compostos orgânicos poluentes.

O ozônio vem sendo utilizado no tratamento e desinfecção de águas desde o início do século XX, destacando no seu emprego por ser um forte agente oxidante (E0 ≅ 2,1 V) e não é uma fonte intrínseca de poluição. A primeira propriedade permite que o ozônio possa oxidar uma série de compostos inorgânicos e orgânicos, e apresenta como produto de degradação o oxigênio, um produto não poluente e indispensável para as atividades biológicas aeróbias dos ecossistemas aquáticos, evidenciando a segunda propriedade.

Nas reações de degradação de compostos orgânicos poluentes o ozônio tende a reagir preferencialmente com compostos insaturados, quebrando ligações duplas carbono-carbono via mecanismo de Criegge, também ozonóloise. O O3 é termodinamicamente instável, sendo sua decomposição catalisada por vários materiais. Em meio aquoso, o principal desencadeador da decomposição do ozônio é o ânion hidroxila (OH-), sendo que a reação entre O3 e OH- desencadeia uma série de reações radicalares que levam à formação de radicais hidroxilas. Tal rota de reação é bastante complexa e pode ser influenciada por uma série de fatores experimentais e pela natureza/concentração de espécies químicas presentes.

O radical hidroxila é um dos radicais livres mais reativos, um dos agentes oxidantes mais fortes (E0 ≅ 2,7 V) e apresenta rápida cinética de reação; para compostos orgânicos observam-se constantes entre 106 e 1010 L mol-1 s-1. Além disso, esta espécie é bem menos seletiva que o ozônio, sendo capaz de oxidar uma ampla gama de compostos. Com isso, o emprego do ozônio visando a formação de radicais hidroxila (ou seja, atuando como um processo oxidativo avançado - POA) é muito mais versátil e sendo a forma mais empregada, principalmente por ser muito eficiente para promover a completa oxidação (mineralização) dos compostos orgânicos poluentes.

Exemplos mostram que o ozônio, quer reagindo de forma direta ou indireta (como o POA) apresenta bons resultados na desinfecção de aguas para o consumo humano e na degradação de uma série de compostos poluentes presentes em águas naturais e efluentes. Os efeitos depuradores do ozônio são mais pronunciados na remoção de cor e formação de moléculas menores, com maior hidrofilicidade e menor toxidade, pois etapas oxidativas tendem a fragmentar macromoléculas poluentes. Alguns estudos mostram que o processo de ozonização também pode promover redução na demanda química de oxigênio (DOO) e no teor de carbono orgânico total (COT). Os níveis de redução da matéria orgânica geralmente são menores que obtidas com outros POAs ou necessitam de um dispêndio maior de reagentes e energia, tornando desfavorável do ponto de vista econômico.

Vários estudos, devido a estas limitações, estão sendo realizados buscando-se aumentar a eficiência dos processos de ozonização, principalmente relacionadas as taxas de mineralização dos compostos orgânicos.

O artigo destaca o uso do ozônio combinado com metais de transição em solução ou na forma sólidos (suporte/sítios ativos heterogêneos). As aplicações são dadas a processos de ozonização considerando ozônio catalítico homogêneo e ozônio catalítico heterogêneo, ou seja, em função da presença ou não de fases distintas no sistema de degradação, sua atividade e mecanismos.

A presença de metais de transição pode aumentar a eficiência da oxidação de uma série espécies poluentes orgânicas por ozônio em meio aquoso. Vários metais de transição podem ser empregados para este fim, dentre eles destacam-se Fe, Mn, Ni, Co, Cd, Cu, Ag, Cr e Zn. O tipo de metal de transição usado no processo de ozonização assistida e a natureza da matriz a ser remediada influem na velocidade da reação, na seletividade, no consumo de ozônio, na taxa de degradação/ mineralização e no mecanismo de reação.

No mecanismo da ozonização catalítica homogênea geralmente os processos considerados são decomposição do ozônio pelo metal, seguida pela geração de radicais e, a formação de complexos entre o catalisador e o composto orgânico, seguido por uma reação final de oxidação. O processo de decomposição de ozônio por íons metálicos pode seguir diferentes mecanismos que levam a formação de radicais hidroxila. Evidências experimentais que mostram a geração de radicais hidroxila pela interação direta do ozônio com íons metálicos em meio aquoso foram encontradas por Hill.

Segundo experimentos realizados por Pines e Reckhow, baseada na ozonização de ácido oxálico na presença de Co(II) em pH 6 e pH 6,7, observou resultados importantes para a elucidação do mecanismo, pois evidenciou que nos processos de ozonização, a diminuição do valor de pH apresenta menor taxa de remoção da matéria orgânica.

O mecanismo do processo de ozonização catalítica pode variar em função do tipo de espécie metálica empregada, pH, composto-alvo, matriz, etc. Com isso estudos de diferentes metais de transição tem recebido destaque.

Devido a fatores como a natureza tóxica e o fator econômico, vários estudos estão sendo realizados buscando-se usar metais suportados, por exemplos alumina e sílica.

Na ozonização catalítica heterogênea, os principais catalisadores propostos são óxidos de metais (MnO2, TiO2, Al2O3), metais ou óxidos de metais em suportes de óxidos de metais (Cu-Al2O3, Cu-TiO2, Ru-CeO2, V-O/TiO2, V-O/sílica gel e TiO2/ Al2O3, Fe2O3/Al2O3). A atividade depurativa é baseada na decomposição catalítica do ozônio, visando aumentar a geração de radicais hidroxilas. A eficiência da ozonização catalítica depende da quantidade do catalisador, das propriedades da superfície e do pH da solução. Neste tipo de oxidação o catalisador faz com que, a presença da superfície heterogênea aumenta a dissolução do ozônio e também age como iniciador para a reação de decomposição do ozônio.

As reações acontecem tanto na solução como na superfície do catalisador. As principais fases da reação em fase aquosa são a decomposição do ozônio que depende do pH e a oxidação da matéria orgânica pelos radicais hidroxila. As reações na superfície envolvem etapas como adsorção, reação de decomposição do ozônio, reações superficiais de oxidação e processos de dessorção.

São três