Nome do Projeto
Processos Oxidativos Avançados para Remoção de Contaminantes Emergentes
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
15/04/2024 - 15/05/2026
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Multidisciplinar
Resumo
Contaminantes Emergentes são substâncias químicas, sejam de origem sintética ou natural, ou até mesmo microorganismos, que não costumam ser rotineiramente monitorados no ambiente, mas podem causar efeitos adversos no meio ambiente ou na saúde humana. Os processos oxidativos avançados (POAs) são tecnologias possíveis para auxiliar na remoção desses contaminantes. Apesar de vários estudos demonstrando a eficácia dos POAs na remoção de contaminantes, ainda existem lacunas a serem investigadas, tais como a influência de novos materiais sensíveis à luz visível e a combinação de várias técnicas em conjunto visando mineralização dos poluentes.

Objetivo Geral

Avaliar a eficiência de remoção de contaminantes emergentes com uso de processos oxidativos avançados, tais como fotocatálise heterogênea, ozonólise, sonólise, ultravioleta e a combinação deles, com auxílio de novos materiais reutilizáveis (magnéticos e flutuantes).

Justificativa

Nas últimas décadas, foi identificada uma diversidade de novas substâncias no ambiente aquático, sendo algumas originárias da atividade humana e outras de ocorrência natural. Essa descoberta tem gerado crescente apreensão em relação ao meio ambiente global e às águas superficiais. Na natureza, a maioria desses poluentes é de natureza orgânica e geralmente é encontrada em concentrações extremamente baixas, variando de partes por trilhão (ppt ou ng/L) a partes por bilhão (ppb ou μg/L) (Kumar et al., 2022). Esses compostos são comumente denominados contaminantes emergentes (CEs).

Conforme definido pelo United States Geological Survey, os CEs são substâncias químicas, sejam de origem sintética ou natural, ou até mesmo microorganismos, que não costumam ser rotineiramente monitorados no ambiente, mas podem causar efeitos adversos no meio ambiente ou na saúde humana. Nos últimos anos, uma gama diversificada de micropoluentes, também conhecidos como contaminantes emergentes, tem sido alvo de estudos em diversas fontes, como águas superficiais, água potável, água subterrânea e efluentes/água residuária. Isso inclui produtos químicos presentes em produtos domésticos comuns e aditivos industriais.

É importante ressaltar que a maioria dos contaminantes emergentes não consiste em poluentes inteiramente novos ou recentemente introduzidos no ambiente. Pelo contrário, muitos desses poluentes recém-descobertos são substâncias já conhecidas, porém revelando impactos nocivos ou modos de ação anteriormente desconhecidos. Portanto, o termo "emergente" refere-se tanto à substância em si quanto à preocupação emergente associada a ela, sendo comum referir-se a esses poluentes como contaminantes de preocupação emergente ou "químicos de preocupação emergente" (Gogoi et al., 2018; Kumar et al, 2022).

Contaminantes são classificados como "emergentes" quando surgem de novas fontes, possuem rotas alternativas para exposição humana ou envolvem métodos de tratamento inovadores (Gogoi et al., 2018). Esses contaminantes de preocupação emergente têm sido identificados em várias fases do ciclo hidrológico, abrangendo águas subterrâneas, cursos d'água superficiais e efluentes de estações de tratamento de água, gerando apreensão entre cientistas, engenheiros e o público em geral devido aos seus efeitos adversos em organismos terrestres e aquáticos, bem como na saúde humana.

A emergência desses compostos químicos no meio ambiente não é um fenômeno recente, remontando a pelo menos 2000 anos atrás, quando o chumbo, considerado o contaminante global mais antigo, surgiu devido à exploração excessiva de minas pelos romanos e gregos (Sauvé & Desrosiers, 2014). Desde então, essa tendência evoluiu gradualmente, passando de poluentes convencionais para incluir nanomateriais modernos e itens de cuidado pessoal. Produtos farmacêuticos, pesticidas e outros compostos químicos, inicialmente não reconhecidos como ameaças ambientais, também fazem parte desse grupo.

A rápida evolução tecnológica e as mudanças nos padrões de consumo têm contribuído para a introdução desses contaminantes nos ecossistemas, destacando a urgência na atualização das legislações existentes. Muitos desses compostos permanecem não regulamentados, sendo candidatos potenciais para futuras regulamentações, dependendo de estudos adicionais sobre sua toxicidade ou por serem introduzidos recentemente no ambiente (Kumar et al., 2022; Khan et al., 2023).

Após adentrar no ambiente por meio de tubulações de esgoto vazias e sistemas sépticos, esses produtos químicos penetram no lençol freático, passam por instalações de tratamento de águas residuais e finalmente são descarregados em rios receptores (Kumar et al., 2022). Os contaminantes emergentes entram no ambiente aquático por diferentes rotas, incluindo descarga direta de águas residuais tratadas ou não tratadas de estações de tratamento de água municipais e industriais, hospitais, transbordamento/vazamento de esgoto, lixiviado de aterros sanitários e escoamento superficial de áreas agrícolas ou urbanas onde lodo/tratamento de águas residuais tratadas ou esterco são aplicados para atividades de irrigação. Muitos contaminantes emergentes estão frequentemente associados a descargas de estações de tratamento de águas residuais devido ao uso ubíquo de muitos desses compostos e à falta de métodos com eficácia adequada de remoção, como adsorção, ozonização e suas combinações (Tran et al., 2018). Dessa forma,o as estações de tratamento de águas residuais não são explicitamente destinadas a erradicá-los. Como resultado, foi demonstrado que as estações de tratamento de águas residuais removem apenas uma parte de numerosos contaminantes emergentes, como diclofenaco ou carbamazepina (<25%). Descargas contínuas fornecem vários ecossistemas aquáticos em níveis subletais que podem atingir níveis crônicos (Montes-Grajales et al, 2017). Na realidade, muitos desses compostos ainda não estão incluídos na legislação atual de tratamento de águas residuais, como é o caso, por exemplo, dos documentos legislativos da União Europeia sobre o tema (Diretiva 2000/60/EC, Diretiva 2008/56/EC, Diretiva 2013/39/EU). No Brasil a situação não é diferente (farto et al., 2019), pois além de serem encontrados CEs em várias matrizes aquosas (esgoto bruto e tratado e em águas superficiais e tratadas), a discussão sobre o tema ainda é incipiente. Por exemplo, a Portaria Nº888 do Ministério da saúde (procedimentos de controle e de vigilância da qualidade da água para consumo humano e seu padrão de potabilidade), responsável por definir os padrões de potabilidade da água, passou a abordar de maneira parcial a questão dos contaminantes emergentes, dando especial atenção aos pesticidas, inclusive com faixas de concentração de potabilidade (Oliveira et al., 2021).


Nesta perspectiva temos que os processos de oxidação avançados (POAs) se apresentam como uma alternativa frente a esta problemática e têm sido sugeridos como tratamento terciário em efluentes devido à versatilidade e capacidade de remover poluentes que não são biodegradáveis ou possuem baixa biodegradabilidade, persistência e alta estabilidade química (KANAKARAJU et al., 2014; KONSTAS et al., 2019). Existe vários tipos de POAs possíveis de se aplicar , e o que todos têm em comum é geração de radicais hidroxila (.OH) no meio reacional. Depois de formado, este radical ataca o poluente, com possível mineralização (formação de CO2, H2O e ácidos inorgânicos).

Dentre os processos mais comuns de POAs aplicado para tratamento de efluentes pode-se citar os processos Fenton, foto-Fenton, ozonização (O3, O3/H2O2 e O3/UV), UV/H2O2, UV/persulfato, sonólise e fotocatálise. Cada um desses processos possui vantagens e desvantagens e podem ser aplicados de maneira individual ou combinada (KANAKARAJU et al., 2014).

Apesar de vários estudos demonstrando a eficácia dos POAs na remoção de contaminantes, ainda existem lacunas a serem investigadas, tais como a influência de novos materiais sensíveis à luz visível que sejam possível de reutilização (magnéticos e flutuantes) . Além disso, a combinação de várias técnicas em conjunto usando esses novos materiais visando mineralização dos poluentes também tem sido pouco explorada.



GOGOI, A.; MAZUMDER, P.; TYAGI, V. K.; TUSHARA CHAMINDA, G. G. et al. Occurrence and fate of emerging contaminants in water environment: A review. Groundwater for Sustainable Development, 6, p. 169-180, 2018/03/01/ 2018.

KHAN, N. A.; LÓPEZ-MALDONADO, E. A.; MAJUMDER, A.; SINGH, S. et al. A state-of-art-review on emerging contaminants: Environmental chemistry, health effect, and modern treatment methods. Chemosphere, 344, p. 140264, 2023/12/01/ 2023.

KUMAR, R.; QURESHI, M.; VISHWAKARMA, D. K.; AL-ANSARI, N. et al. A review on emerging water contaminants and the application of sustainable removal technologies. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 6, p. 100219, 2022/12/01/ 2022.

MONTAGNER, C. C.; UMBUZEIRO, G. A.; PASQUINI, C.; JARDIM, W. F. Caffeine as an indicator of estrogenic activity in source water. Environ Sci Process Impacts, 16, n. 8, p. 1866-1869, Aug 2014.

MONTES-GRAJALES, D.; FENNIX-AGUDELO, M.; MIRANDA-CASTRO, W. Occurrence of personal care products as emerging chemicals of concern in water resources: A review. Sci Total Environ, 595, p. 601-614, Oct 1 2017.

KONSTAS Panagiotis-Spyridon, KOSMA Christina, KONSTANTINOU Ioannis, ALBANIS Triantafyllos. Photocatalytic Treatment of Pharmaceuticals in Real Hospital Wastewaters for Effluent Quality Amelioration. Water, v.11, n.10, p.2165, 2019.

Metodologia

Avaliar a eficiência de remoção de contaminantes emergentes com uso de processos oxidativos avançados:

1. Fotocatálise heterogênea sob irradiação de luz visível artificial e natural;

2. Ozonólise;

3. Sonólise;

4. Fotocatatálise heterogênea combinada com sonólise;

5. Avaliação da presença de peróxido de hidrogênio;

6. Avaliação do desempenho em sistemas com luz solar artificial versus luz solar natural.

Indicadores, Metas e Resultados

- Desenvolvimento de fotocatalisadores (magnéticos, flutuantes e sensíveis à luz visível) com aplicação em oxidação de contaminantes emergentes;
- Comparação entre vários métodos de Processos Oxidativos Avançados;
- Fomentar a iniciação científica de bolsistas de graduação;
- Participação dos alunos envolvidos na SIIPE (UFPEL);
- Apresentação dos resultados obtidos em congressos científicos;
- Publicação de artigos em periódicos.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
CICERO COELHO DE ESCOBAR5
JULIA KAIANE PRATES DA SILVA
LAVINIA DOS SANTOS SOUZA
MARIA CAROLINA GOMES SILVA E SILVA
VITOR ROSA DE OLIVEIRA

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