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Estudo de diferentes oxidantes em tratamento de água superficial aplicando ultrassom: determinação de subprodutos via cromatografia gasosa

Publicado em 05/02/2021 às 15:16:14

Resumo

O uso do cloro nas etapas de pré-oxidação e desinfecção da água para fins de abastecimento público é amplamente utilizado, visado a oxidação da matéria orgânica natural (MON) e a inativação dos microrganismos patogênicos de veiculação hídrica, respectivamente. O Saneamento Básico, que utiliza este modelo tradicional de tratamento enfrenta um desafio no controle dos subprodutos de desinfecção (SPDs), que são compostos potencialmente cancerígenos gerados a partir da reação do cloro com a MON. Dentre os SPDs formados, existem dois grupos que são regulados pela Portaria de Consolidação nº 5 (2017): os trihalometanos (THMs) e ácidos haloacéticos (HAAs). Neste sentido, há necessidade de alternativas de pré-oxidação e desinfecção que substituem ou atenue a utilização do cloro como agente principal na etapa de préoxidação, favorecendo assim a minimização da formação destes subprodutos orgânicos halogenados. O objetivo deste estudo foi comparar o potencial de formação de THMs e HAAs em 7 (sete) condições de pré-oxidação: (i) cloro (NaClO); (ii) dióxido de cloro (ClO2); (iii) peróxido de hidrogênio (H2O2); (iv) ultrassom (US); (v) cloro conjugado com ultrassom (NaClO+US); (vi) dióxido de cloro conjugado com ultrassom (ClO2+US); e (vii) peróxido de hidrogênio conjugado com o ultrassom (H2O2+US). Adicionalmente, variou-se o pós-oxidante entre o NaClO e o ClO2. Este estudo foi realizado com a água bruta coletada na Estação de Tratamento (ETA) 3 e 4 da SANASA, na cidade de Campinas, que possui a captação no rio Atibaia. Para a visualização do tratamento de água como um todo, foram realizados análises dos parâmetros físico-químicos da água (pH, turbidez, condutividade, alcalinidade, absorbância no comprimento de onda de 254 nanômetros e cor) em três etapas do tratamento: após a coleta da água bruta, após a pré-oxidação e após a desinfecção, terminada estas etapas, foram identificados e quantificados os THMs e HAAs através de cromatografia gasosa (GC). O uso de Ultrassom (US) mostrou minimização significativa dos THMs and HAAs gerados. A tecnologia que melhor reduziu a formação de THMs foi a pré-oxidação com peróxido de hidrogênio e pós-oxidação com dióxido de cloro (H₂O₂/ClO₂) formando 0,88 μg L-1 THMs. Porém, a melhor tecnologia para reduzir a formação de HAAs foi a pré-oxidação com dióxido de cloro e pós-oxidação com dióxido de cloro (ClO₂/ClO₂) formando 3,94 μg L-1 HAAs. As piores condições foram com o hipoclorito de sódio (NaClO) que gerou 100,25 μg L-1 de THMs e de pré-oxidação com NaClO/ pós-oxidação com ClO₂ que gerou 121,23 μg L-1 HAAs.

Introdução

A escassez da água nas bacias dos rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí (PCJ) tem colocado em alerta constante a região. A diminuição do volume e a baixa qualidade da água, registradas frequentemente nos períodos de estiagem, vêm causando transtornos aos usuários da região, principalmente aos serviços de abastecimento público (Agência das Bacias PCJ, 2011).

O estudo de subprodutos de desinfecção (SPDs) tem se tornado cada vez mais complexo, em virtude do crescente aumento de compostos orgânicos sintéticos que atingem os corpos d’água. O grande aporte de carga orgânica presente nestes são em decorrência do processo de tratamento de esgotos com baixa eficiência ou até mesmo sua ausência, lançados in natura nos corpos d’água. Estes compostos podem reagir com o cloro no processo de tratamento de água, gerando compostos organoclorados potencialmente prejudiciais à saúde, dentre os quais, a Portaria de Consolidação nº 5 MS (2017) contempla os trihalometanos (THMs) e os ácidos haloacéticos (HAAs).

O processo de remoção de SPDs tem sido um grande desafio nas Estações de Tratamento de Água (ETAs) para a potabilização da água, sobretudo em bacias onde a ação antrópica tem impactado a qualidade das águas superficiais, como tem ocorrido nas bacias dos rios PCJ. As principais classes desses compostos são representadas pelos THMs e HAAs, porém, existem outros que podem ser gerados. Embora estas tecnologias de pré-oxidação e desinfecção alternativas ao cloro, comprovadamente minimizem a formação dos SPDs, eles ainda continuam sendo produzidos, por isso a importância de se desenvolver processos mais eficientes.

No tratamento de água existem diversos tipos de combinações de tecnologias que visam melhorar a qualidade do produto final, a água tratada. Na desinfecção e oxidação especificamente existem diversas formas de se atingir os objetivos, que depende especificamente da qualidade da água ou efluente e, o que se pretende remover. No caso da minimização de SPDs estas combinações podem ser química ou química e física, sendo que ambas são sempre utilizadas no pré-tratamento, pois nesta etapa devido, à presença de precursores é que ocorre a maior formação dos SPDs.

Inúmeras aplicações têm sido estudadas como alternativas de préoxidação, destacando-se um artigo de revisão recentemente publicado por Chaukuraa et al. (2020), no qual foram abordadas questões contemporâneas sobre a ocorrência e remoção de subprodutos de desinfecção na água potável; Medeiros et al. (2017) apresentaram um estudo sobre a pré-oxidação aplicando dióxido de cloro (ClO2) e peróxido de hidrogênio (H2O2) combinados com ultrassom (US) para minimização de subprodutos em água bruta e tratada do rio Jaguari e anteriormente com dióxido de cloro na pré-oxidação combinado com o cloro na desinfecção final (MEDEIROS, FERREIRA e ARCANJO, 2010). Na busca de tecnologias alternativas, o US combinado com tecnologias químicas vem apresentando bons resultados no tratamento de efluentes (ZHOU et al., 2016).

No Brasil e na maior parte do mundo, nas ETAs têm sido aplicados na operação dos processos de pré-oxidação e de desinfecção o oxidante cloro, em razão das vantagens: custo, armazenamento, transporte e facilidade na aplicação. Em meio aquoso, o cloro forma o ácido hipocloroso (HClO) que por dissociação libera o íon hipoclorito (ClO- ), originando desta forma as espécies que constituem o cloro livre (ALVARENGA, 2010; ANÁGUA, 2011).

Neste contexto, nas últimas décadas, têm crescido as pesquisas para a obtenção de desinfetantes alternativos, devido a contaminação de águas superficiais com substâncias orgânicas, que podem ser precursores na formação dos subprodutos organoclorados do processo de desinfecção, como THMs e HAAs (DI BERNARDO & DANTAS, 2005a; LIBÂNIO, 2008; SERRANO et al., 2015).

Dentre estes estudos que têm sido realizados para solucionar este problema, um deles é a utilização do US, que pode ser aplicada sozinha ou de forma conjugada com radiação ultravioleta (UV), cloro, ou ozônio (ZHOU et al., 2016a; ZHOU et al., 2016b), peróxido de hidrogênio (AL-JUBOORI et al., 2016) e dióxido de cloro (ZHOU et al., 2016a). O US é uma tecnologia que vem ganhando popularidade por conta de suas vantagens, dentre elas (AL-JUBOORI et al., 2016): Não utiliza produtos químicos, baixo custo de manutenção, equipamento de tamanho compacto.

Autor: Eric Augusto de Medeiros Rodrigues.


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