Desenvolvimento de um reator fotoquímico aplicável no tratamento de efluentes fenólicos presentes na indústria do petróleo

With water pollution increment at the last years, so many progresses in researches about treatment of contaminated waters have been developed. In wastewaters containing highly toxic organic compounds, which the biological treatment cannot be applied, the Advanced Oxidation Processes (AOP) is an alternative for degradation of nonbiodegradable and toxic organic substances, because theses processes are generation of hydroxyl radical based on, a highly reactivate substance, with ability to degradate practically all classes of organic compounds. In general, the AOP request use of special ultraviolet (UV) lamps into the reactors. These lamps present a high electric power demand, consisting one of the largest problems for the application of these processes in industrial scale. This work involves the development of a new photochemistry reactor composed of 12 low cost black light fluorescent lamps (SYLVANIA, black light, 40 W) as UV radiation source. The studied process was the photo-Fenton system, a combination of ferrous ions, hydrogen peroxide, and UV radiation, it has been employed for the degradation of a synthetic wastewater containing phenol as pollutant model, one of the main pollutants in the petroleum industry. Preliminary experiments were carrier on to estimate operational conditions of the reactor, besides the effects of the intensity of radiation source and lamp distribution into the reactor. Samples were collected during the experiments and analyzed for determining to dissolved organic carbon (DOC) content, using a TOC analyzer Shimadzu 5000A. The High Performance Liquid Chromatography (HPLC) was also used for identification of the cathecol and hydroquinone formed during the degradation process of the phenol. The actinometry indicated 9,06⋅1018 foton⋅s-1 of photons flow, for 12 actived lamps. A factorial experimental design was elaborated which it was possible to evaluate the influence of the reactants concentration (Fe2+ and H2O2) and to determine the most favorable experimental conditions ([Fe2+] = 1,6 mM and [H2O2] = 150,5 mM). It was verified the increase of ferrous ions concentration is favorable to process until reaching a limit when the increase of ferrous ions presents a negative effect. The H2O2 exhibited a positive effect, however, in high concentrations, reaching a maximum ratio degradation. The mathematical modeling of the process was accomplished using the artificial neural network technique

Com o crescente aumento da poluição das águas acorrido nos últimos anos, houve também um grande avanço das pesquisas relacionadas ao tratamento de águas contaminadas. Efluentes contendo compostos orgânicos de alta toxicidade, nos quais o tratamento biológico não pode ser aplicado, os chamados processos oxidativos avançados (POA) surgem como uma alternativa para a degradação de substâncias orgânicas tóxicas não biodegradáveis, pois estes processos são baseados na geração de radicais hidroxila, substâncias altamente reativas, capazes de degradar praticamente todas as classes de compostos orgânicos. Os POA, por muitas vezes, requerem o uso de reatores com lâmpadas especiais que emitem luz ultravioleta. Estas lâmpadas apresentam uma alta demanda de energia elétrica, consistindo, portanto, em um dos maiores problemas para a aplicação desses processos em escala industrial. Este trabalho envolveu o desenvolvimento de um novo reator fotoquímico composto de 12 lâmpadas fluorescentes de luz negra de baixo custo como fonte de radiação UV. O processo estudado foi o sistema foto-Fenton, uma combinação de íons ferrosos, peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta, sendo aplicado na degradação de um efluente sintético aquoso contendo fenol, um dos principais poluentes da indústria do petróleo. Foram realizados experimentos preliminares visando avaliar as condições operacionais do reator, além dos efeitos da intensidade da fonte de radiação e distribuição das lâmpadas no reator. As amostras foram analisadas quanto ao teor de carbono orgânico dissolvido (COD) utilizando um TOC 5000A da Shimadzu. A partir do recurso da cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC), pôde ser identificado a formação do catecol e da hidroquinona durante o processo de degradação do fenol. Pelo emprego da actinometria foi obtida uma taxa de incidência de fótons de 9,06⋅1018 foton⋅s-1, para 12 lâmpadas acionadas. Foi elaborado um planejamento fatorial ampliado do qual foi possível avaliar a influência da concentração dos reagentes (Fe2+ e H2O2), além de ter sido determinado as condições ótimas experimentais ([Fe2+] = 1,6 mM e [H2O2] = 150,5 mM), obtendo um percentual máximo de degradação de 81,38 % em 1 hora de reação. Foi verificado que o aumento da concentração dos íons ferrosos é favorável ao processo até atingir um limite, quando o acréscimo de íons ferrosos começou a apresentar um efeito negativo. O H2O2 apresentou um efeito positivo ao processo, atingindo um percentual máximo de degradação. A modelagem matemática do processo foi realizada utilizando o recurso da rede neural artificial, a qual pôde representar o sistema e o comportamento das variáveis do processo