5.1 Wasterage Treatment
the hydroxyl radical (*OH) is the major intermediate reactive responsive for organic substrated oxidation. The free radical HO2 * and its conjugate O2• – are also involved in degradation processes but are much less reactive than free hydroxyl radicals. Estes radicais reagem fortemente com a maioria das substâncias orgânicas por abstração de hidrogênio ou adição eletrofílica a ligações duplas. Radicais livres reagem ainda mais com oxigênio molecular para dar um radical peroxi, iniciando uma sequência de reações de degradação oxidativa que podem levar à mineralização completa do contaminante. Além disso, os radicais hidroxilo podem atacar anéis aromáticos em posições ocupadas por um halogéneo, gerando um homólogo de fenol. Os elétrons da banda de condução também podem degradar compostos orgânicos por vias redutivas.
em geral, os tipos de compostos que podem ser degradados incluem alcanos, haloalcanos, álcoois alifáticos, ácidos carboxílicos, alcenos, aromáticos, haloaromáticos, polímeros, tensioativos, pesticidas e corantes. A equação (15) em geral, vale para uma orgânicos halogenados compostos da fórmula geral CnHmOpXq:
na fotodegradação, a transformação do composto orgânico de origem é desejável a fim de eliminar a sua toxicidade e persistência, mas o principal objectivo é mineralizar todos os poluentes. Além disso, a estequiometria proposta para a reação geral (Eq. 15) deve ser demonstrado, em cada caso, por um balanço de massa correto. Reativos e produtos podem ser perdidos, produzindo resultados não confiáveis. A taxa de mineralização é determinada pela monitorização de compostos inorgânicos, tais como CO2, Cl−, SO42−, NO3−, e PO43−. Quando os orgânicos se decompõem, um aumento estequiométrico na concentração de aniões inorgânicos é produzido na água tratada, e muitas vezes há um aumento na concentração de íons hidrogênio (diminuição no pH). A fim de demonstrar que não existem perdas de produtos, a razão molar deve estar em conformidade com a estrutura do substrato orgânico. A ausência de mineralização total só foi observada no caso dos herbicidas de s-triazina, para os quais o produto final obtido é essencialmente 1,2,5-triazina-2,4,6-trihidroxi (ácido cianúrico), que não é tóxico. Isto é devido à forte estabilidade do núcleo triazina, que resiste a maioria dos métodos de oxidação. Moléculas contendo nitrogênio são mineralizadas em NH4+ e NO3−. Os iões de amónio são relativamente estáveis e a proporção depende principalmente do grau de oxidação inicial do azoto e do tempo de irradiação. As análises de fragmentos alifáticos resultantes da degradação do anel aromático revelaram principalmente iões formato e acetato. Outros alifáticos (presumivelmente ácidos, diácidos e compostos hidroxilados) também foram encontrados. Os íons de formato e acetato são bastante estáveis, o que em parte explica por que a mineralização total leva muito mais tempo do que a desaromatização.
mineralização da fotocatalítica Solar de poluentes orgânicos na água, usando a interação de radiação UV e catalisadores semicondutores, tem grande potencial na destruição industrial de orgânicos tóxicos na água, e o número de aplicações e compostos alvo são numerosos. Em áreas com radiação solar média a alta, a desintoxicação solar é útil para o tratamento da água com uma concentração orgânica máxima de várias centenas de miligramas por litro, contaminantes não biodegradáveis e contaminantes perigosos presentes em misturas complexas de orgânicos. Como resultado de intensa pesquisa realizada por grupos em todo o mundo durante os últimos 20 anos, a desintoxicação solar é uma boa solução com muitas aplicações interessantes. Durante a última década, houve milhares de publicações e patentes sobre a remoção heterogênea fotocatalítica de compostos tóxicos e perigosos da água e do ar. Alguns exemplos são fenóis e clorofenóis, hidrocarbonetos clorados, compostos farmacêuticos (antibióticos, antineoplásticos e outros resíduos farmacêuticos perigosos), resíduos agroquímicos (pesticidas) e cianetos. São produzidos em quantidades industriais em processos como o fabrico de resinas de fenol-formaldeído, depuradores de compostos orgânicos voláteis (COV), produção de PVC, resíduos de preservação de madeira, limpeza de terminais e condutas de tanques marinhos, e fabricação de pesticidas e lavagem de água do equipamento utilizado para a sua aplicação.
aqui, pesticidas são usados como um exemplo para demonstrar a aplicação prática da fotocatálise solar. Embora os pesticidas, e os compostos agroquímicos em geral, tenham sido detectados na água desde os anos 1950 e 1960, nos últimos 15 anos seu uso aumentou drasticamente em todo o mundo e quase duplicou a cada 5 anos desde 1975. As Nações Unidas estimam que, de todos os pesticidas utilizados na agricultura, menos de 1% chegam efectivamente às culturas. O restante acaba contaminando a terra, o ar, e especialmente a água. Por conseguinte, a poluição da água por pesticidas é um dos maiores problemas ambientais de hoje, com consequências ecológicas generalizadas. Em áreas onde a agricultura é intensiva, as seguintes são as principais fontes de poluição da água:
tratamento de pesticidas como uma prática agrícola de rotina: aproximadamente 0,2 toneladas/ha são normalmente aplicadas na agricultura intensiva por pulverização clássica ou no gasoduto de irrigação.
lave água poluída com pesticidas a partir de contentores e equipamentos de pulverização: pequenas quantidades de pesticidas que permanecem em contentores vazios (aproximadamente 70 unidades/ha) são normalmente derramadas para o ambiente.
águas residuais da indústria agrícola: A água proveniente da limpeza ou pós-tratamento de frutas e produtos hortícolas antes da embalagem produz aproximadamente 1 m3/dia/ha de águas residuais.
resíduos vegetais contaminados com pesticidas: estima-se que 30 toneladas/ha/ano de resíduos vegetais não tratados são normalmente eliminados em aterros.Um dos principais problemas é o despejo não controlado de recipientes de pesticidas vazios. Embora a quantidade de pesticida restante em cada recipiente seja muito pequena, milhões deles são despejados todos os anos, tornando-se uma das mais importantes fontes de poluição em áreas com este tipo de agricultura. Uma solução proposta é a sua recolha selectiva e o seu transporte para uma instalação de reciclagem, onde são enxaguados para posterior reutilização. A água resultante de lavagem, contaminada pelas diferentes misturas de pesticidas, deve ser tratada. Tecnologias simples, baratas e acessíveis para o tratamento in situ de tal água são, portanto, necessárias. Os herbicidas são tradicionalmente removidos da água utilizando carvão granular ou ativado em pó, nanofiltração, ozonização, etc., mas estes processos têm limitações inerentes à aplicabilidade, eficácia e custos. Por outro lado, os problemas associados com sua disposição estão muito bem adaptados a energia solar foto-catalítico tratamento, pelas seguintes razões: (i) O primeiro pesticida concentração pode ser controlado como uma função do número de recipientes lavados com água mesmo, por isso o mais adequado para a concentração ideal fotocatalíticas eficiência pode ser escolhido; (ii) a toxicidade é extrema, de baixo volume, e em um local definido; (iii) o ponto de fontes de poluição podem ser idealmente tratados em pequena escala, unidades de tratamento de; e (iv) A agricultura intensiva em estufas é geralmente concentrada em países ensolarados.
a desintoxicação Solar também demonstrou eficiência na degradação dos solventes halogenados encontrados em grande parte dos resíduos da indústria farmacêutica e emissões de COV. Os regulamentos e as Directivas ambientais estão a pressionar os gestores industriais para controlarem as emissões de COV. Um dos métodos de controlo das emissões de COV é a depuração por via húmida, mas a água contaminada dos Purificadores tem de ser tratada. Isso poderia ser facilmente feito por desintoxicação solar. Outra fonte de resíduos halogenados é a fabricação halocompound. Os resíduos podem ser estimados como uma percentagem baixa da produção total, dissolvida em 100-200 mg/litro. O PVC, por exemplo, produz 2,5 m3 de efluente de águas residuais contaminado com polímeros de cadeia curta ou monómero de PVC para cada tonelada de PVC. Um estudo de viabilidade determinou que um fotoreator de 6 m2 pode mineralizar completamente 100 mg/litro de clorofórmio em 250 litros de águas residuais em 8 h de luz solar.
a descontaminação dos efluentes de água é uma das aplicações fotoquímicas mais bem sucedidas dos fotões solares. A tecnologia foi validada com a construção de grandes usinas-piloto. A fotocatálise Solar promete ser um avanço importante na implementação de processos solares como uma tecnologia solar específica para o tratamento de água torna-se comercialmente disponível. As análises do mercado mostram que esta tecnologia respeitadora do ambiente, que pode destruir muitos dos poluentes orgânicos persistentes mais problemáticos, tem inúmeras aplicações potenciais. Não há dúvida de que a desintoxicação por água fotocatalítica está cheia de promessas, como demonstram os progressos realizados nos últimos 10 anos.
no entanto, uma análise da evolução histórica da fotocatálise solar identifica claramente três fases diferentes de desenvolvimento. Os esforços iniciais de pesquisadores conscientes da energia solar focaram-se na transferência de pesquisa laboratorial para testes de engenharia solar com tecnologia existente. Estes primeiros resultados produziram excitação na comunidade de pesquisa fotoquímica. Sua extrapolação para situações práticas assumiu uma capacidade de degradar quase qualquer contaminante orgânico, bem como alguns metais. Posteriormente, foram desenvolvidos coletores e projetos mais adequados, mas a necessidade de conhecer os fundamentos de certos aspectos da reação levou a um número crescente de estudos sobre cinética, mecanismos, desempenho de misturas e parâmetros operacionais com resultados mistos. Foi um período de resultados promissores e desencorajadores. Na terceira fase, que parece estar em curso, as condições limite das aplicações estão sendo determinadas, e a tecnologia está se concentrando em uma aplicação inicial específica, com a particularidade de que o desenvolvimento precoce e questões não resolvidas coexistem com aplicações quase comerciais e industriais da tecnologia. Como resultado, o mercado ambiental, embora muito receptivo a recursos energéticos limpos, está relutante em aceitar tal iniciativa de “Assunção de riscos”.