Remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos – oxidação / redução química

Actualmente, a poluição do ar, água e solo são problemáticas nas quais se têm centrado diversos estudos. Reduzir ou eliminar a concentração dos diversos poluentes presentes nestes meios é uma meta que se pretende atingir. Neste âmbito, têm sido desenvolvidos diversos estudos e trabalhos, utilizando diversas tecnologias, como químicas e biológicas, de forma a conseguir-se atingir este fim. Esta tese teve como principal objectivo estudar a remediação de solos contaminados com produtos farmacêuticos recorrendo à oxidação/redução química. Assim, começou por se estudar a remediação de água contaminada com ibuprofeno, uma vez, que a matriz líquida é mais fácil de estudar que o solo. Neste âmbito escolheram-se os seguintes reagentes para estudar a descontaminação da água: permanganato de potássio, reagente de Fenton e nanopartículas de ferro zero valente. Analisando os resultados obtidos nestas análises, verificou-se que o permanganato de potássio não foi capaz de reduzir a concentração de ibuprofeno presente na água. No entanto, o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir do extracto da casca de castanha e do chá conseguirem reagir com o ibuprofeno, apresentando taxas de degradação de 90 % e 77 %, respectivamente, nas melhores condições experimentadas. Com os resultados obtidos, passou-se a analisar solos contaminados com o ibuprofeno, utilizando o reagente de Fenton e as nanopartículas produzidas a partir de um extracto de chá. Verificou-se que estes reagentes conseguiram reduzir a concentração de ibuprofeno presente no solo (areia) para valores residuais, obtendo-se taxas de degradação acima de 95 % após 5 dias de reacção. Conclui-se que, o objectivo principal desta tese foi cumprido pois foi reduzida, e quase eliminada, a concentração do ibuprofeno presente no solo, recorrendo à oxidação/redução química.

Electro-remediação de solos contaminados com pesticidas

O herbicida bentazona (2,2-dióxido de 3-isopropil (1H) -benzo-2,1,3-triadiazin-4- ona) é um herbicida pós emergente selectivo, com uso recomendado para a cultura do arroz. Apresenta baixa persistência no solo, onde é adsorvido pelos colóides minerais e orgânicos, e um tempo de meia vida inferior a 2 semanas, associado a um elevado potencial de lixiviação e contaminação de águas subterrâneas. Nos estudos efectuados até ao momento, a bentazona não é degradada pelos microrganismos, o que levou à necessidade de procurar outras técnicas de remoção do pesticida. Foi estudada uma técnica inovadora, a electro-remediação, que consiste na aplicação de uma corrente contínua de baixa intensidade à matriz contaminada, funcionando o campo eléctrico formado como “agente de limpeza”. Este campo arrasta os contaminantes pela matriz, por acção de processos de transporte, nomeadamente, electromigração, electroosmose e electroforese. Foram realizados quatro ensaios, num solo colhido num arrozal, onde se procedeu à contaminação forçada do solo com uma solução de bentazona, submetendo-o à acção dum campo eléctrico durante vários dias. Os teores de bentazona no solo, após extracção com solvente por sonicação, e nas soluções de anólito e católito, após extracção por fase sólida, foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência. Concluiu-se que a bentazona é mobilizada no solo pela acção do campo eléctrico e esta remoção é dependente do pH.

Remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos

O recente surgimento de nanopartículas de ferro valente-zero (nFZV), um material com elevada capacidade de remediação de solos por via de reacções de oxidação/redução pode ser uma opção viável para a remoção de fármacos do solo. A sua aplicação já é uma realidade em alguns tipos de solos contaminados por compostos específicos e, com este trabalho, procura-se estudar a sua capacidade de remediação de solos contaminados por compostos farmacêuticos, recorrendo-se a uma tecnologia “verde” de síntese destas nanopartículas. Esta tecnologia é bastante recente, ainda não aplicada no campo de trabalho, que se baseia no uso de folhas de certas árvores para produzir extratos naturais que reduzem o ferro (III) a ferro zero valente, formando nFZV. Desta forma procedeu-se, à escala laboratorial, ao estudo da eficiência das nFZV na degradação de um fármaco – paracetamol – e comparou-se com a eficiência demonstrada por oxidantes, muito utilizados hoje em dia em casos de remediação in situ como o permanganato de potássio, o peróxido de hidrogénio, o persulfato de sódio e o reagente de Fenton. O estudo foi efectuado em dois meios diferentes: solução aquosa e solo arenoso. De forma muito sucinta, o estudo baseou-se na introdução dos oxidantes/nFZV em soluções/solos contaminados com paracetamol e consequente monitorização do processo de remediação através de cromatografia líquida de alta eficiência. Nos ensaios com soluções aquosas contaminadas com paracetamol, o permanganato de potássio e o reagente de Fenton revelaram capacidade para degradar o paracetamol, atingindo mesmo um grau de degradação de 100%. O persulfato de sódio também demonstrou uma capacidade de degradação do paracetamol, chegando a atingir 99% de degradação, mas apenas recorrendo ao uso de um volume de oxidante elevado quando comparado com os outros dois oxidantes já referidos. Por outro lado, o peróxido de hidrogénio não demonstrou qualquer capacidade de degradação do paracetamol, pelo que o seu uso não passou desta fase. Verificou-se também que o uso de ferro granulado para o tratamento de água contaminada com paracetamol revelou resultados diferentes dos observados no uso de nFZV, obtendo-se eficiências de 87%. Existiram dificuldades analíticas na quantificação do paracetamol, especificamente relacionadas com o uso do extracto de folhas de amoreira, cuja composição continha substâncias que causaram dificuldades acentuadas na análise dos cromatogramas. Por fim, um pequeno teste de combinação do reagente de Fenton com os fenómenos de biodegradação resultantes dos microrganismos presentes em folhas do extracto de chá preto demonstrou que este pode ser uma área que pode e deve ser mais estudada. Desta forma, a utilização das nFZV para o tratamento de água contaminada com paracetamol não permitiu a retirada de conclusões seguras sobre a capacidade que as nFZV produzidas com extractos de folhas de amoreira e de chá preto têm de degradação do paracetamol. Nos testes de remediação de solos contaminados os resultados demonstraram que, mais uma vez, tanto o permanganato de potássio como o reagente de Fenton se revelam como os melhores oxidantes para a degradação do paracetamol, obtendo-se a degradação total do paracetamol. Por outro lado, voltou a ser necessário uma elevada quantidade de persulfato de sódio quando comparada com os dois anteriores, para que ocorra a degradação desta mesma quantidade de paracetamol, demonstrando mais uma vez que, apesar de não ideal, o persulfato demonstra capacidade de degradação do paracetamol.

Avaliação da potencialidade de processos pseudo-fenton para remediação de solos contaminados por diesel

The use of the Fenton's reagent process has been investigated for the remediation of a Brazilian soil contaminated by diesel. Laboratory experiments were conducted in batch experiments. Slurries, consisting of 10 g of diesel-contaminated soil and 30 mL of Fenton's Reagent (0.41 mol L-1 H(2)0(2) and 0.18 mol L-1 FeSO4). The experiments were monitored during 24, 48 and 72 h. The efficiency of the Fenton treatment was dependent on the time of contact between soil and Fenton's reagents and matrix characteristics, probably iron content. Data suggested that no iron addition is needed for the application of Fenton-like treatment for the remediation of diesel-contaminated iron rich soils after 72 h reaction.

Ação dos meios reativos peróxido de hidrogênio e carvão ativado na remediação de solos contaminados por BTEX

Esta pesquisa teve como objetivo avaliar o potencial das barreiras reativas permeáveis (BRP) na redução dos hidrocarbonetos aromáticos BTEX (Benzeno, Tolueno, Etilbenzeno e Xilenos) no solo, provenientes de vazamento de gasolina. O experimento foi conduzido em escala laboratorial, simulando dois tipos de BRP, denominadas de AS (H2O2 + solo) e de ACA (H2O2 + carvão ativado). Foram determinadas as concentrações dos BTEX na amostra da gasolina ao entrar na BRP e no percolado, em tempos de retenção preestabelecidos de 24; 36; 48; 60; 72 e 84 h, utilizando cromatografia gasosa. Os resultados obtidos mostraram que as duas barreiras reativas reduziram a concentração dos BTEX, próximo a níveis permissíveis de contaminação e de prevenção, e a barreira ACA apresentou os melhores resultados.

Ação de Eleusine coracana na remediação de solos contaminados com picloram

A evolução do método químico de controle das plantas daninhas tem sido fundamental para o cultivo de grandes áreas com custos de produção compatíveis com os mercados nacional e internacional. Atualmente, os herbicidas representam cerca de 45,0% de todos os agrotóxicos consumidos no Brasil. Esses compostos, em sua grande maioria, podem apresentar longa persistência no ambiente e contaminar o solo, impedindo novos cultivos, e também as águas superficiais e subterrâneas, gerando como consequência problemas ambientais. Objetivou-se com este trabalho quantificar, por meio da técnica cromatográfica, a capacidade da espécie E. coracana em reduzir a persistência do picloram em dois tipos de solo - um Latossolo Vermelho-Amarelo e um Argissolo Vermelho-Amarelo - largamente cultivados com pastagens e culturas no Brasil, contaminados com esse herbicida. Conclui-se que a espécie E. coracana é eficiente na remediação de solos contaminados por esse herbicida, evidenciando o potencial de uso dela em programas de fitorremediação de áreas contaminadas e redução do risco de impacto ambiental, e que os valores da meia-vida do picloram nos solos avaliados são distintos para uma mesma condição climática, o que pode ser ainda mais diferente em campo.

Remediação de solos contaminados com óleo diesel utilizando um sistema de lavagem com microemulsão

The underground reservoirs of fuel retailing system represent an environmental threat, because once in bad conservation, these tanks allow fuel leakage and infiltration. For soil contaminated with fuel, such as diesel oil, the present study introduces the microemulsion systems used by the method of washing. In tests carried out in column with a sample of sandy soil artificially contaminated and previously characterized as to its void level to porosity, to permeability which is an important parameter concerning the study of the method of washing. While microemulsions were characterized for their viscosity and wettability, a variation of active matter was also done departing from the original formulation. The hydraulic diffusivity of the microemulsion was studied so as the injection of such fluid in a soil with sandy characteristics. The results of the extractions revealed the excellent performance of these systems which get to remove around 95% of diesel fuel. This proves the efficiency of the microemulsion in the process of removal of diesel fuel from the soil with the advantage of being a system easily obtainable and less aggressive to the environment when compared to organic solvents.

Remediação de solos contaminados com diesel por lavagem com solução de tensoativos

Combating pollution of soils is a challenge that has concerned researchers from different areas and motivated the search for technologies that aim the recovery of degraded soils. Literature shows numerous processes that have been proposed with the intent of remediating soils contaminated by oils and other by-products of the oil industry, considering that the processes available have, generally, high operating costs, this work proposes a costeffective alternative to the treatment of Diesel-contaminated soils. The washing solutions were prepared using water as aqueous phase, the saponified coconut oil (OCS) as surfactant and n-butanol as co-surfactant. In this study, the soil was characterized by physical and chemical analyses. The study of diesel desorption from the soil was held in bath, using hexane and washing solutions, which had 10 and 20 wt.% active matter (AM - co-surfactant/surfactants) respectively. The study of the influence of active matter concentration and temperature in bath agitated used an experimental planning. The experiment also developed a system of percolation in bed to wash the soil and studied the influence of the concentration of active substance and volume of washing solution using an experimental planning. The optimal times to achieve hexane extraction were 30 and 180 min, while the best results using a 10% AM was 60 min and using a 20% AM was 120 min. The results of the experimental planning on bath showed that the maximum diesel removal was obtained when at a 20 wt.% of AM and under 50 °C, removing 99.92% of the oil. As for experiments in the system of percolation soil bed, the maximum diesel removal was high when the volume of the washing solution was of 5 L and the concentration of 20% AM. This experiment concluded that the concentration of AM and the temperature were vital to bath experiments for diesel removal, while in the system of percolation soil bed only concentration of AM influenced the soil remediation

Desenvolvimento, otimização e avaliação da viabilidade dos processos fenton e foto-fenton para a remediação de solos contaminados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tecnologias de remediação de solos

Atualmente, devido ao considerável aumento populacional e consequente necessidade de maior produção de alimentos, tem-se incrementado, também, o investimento em tecnologias para a remediação de solos contaminados, em especial, por metais potencialmente tóxicos oriundos, principalmente, da disposição inadequada de resíduos industriais. Esses contaminantes não se restringem apenas aos solos. Podem ser carreados para os mananciais de águas superficiais ou conduzidos, pela infiltração das águas, aos mananciais subterrâneos. Neste trabalho, procurou-se apresentar as principais metodologias, em uso, para recuperação de áreas degradadas por solos assim contaminados.

Estudo comparativo de diferentes sistemas de injeção de vapor aplicados à remediação de solos contaminados por diesel

Among the potentially polluting economic activities that compromise the quality of soil and groundwater stations are fuel dealers. Leakage of oil derived fuels in underground tanks or activities improperly with these pollutants can contaminate large areas, causing serious environmental and toxicological problems. The number of gas stations grew haphazardly, without any kind of control, thus the environmental impacts generated by these enterprises grew causing pollution of soil and groundwater. Surfactants using various techniques have been proposed to remedy this kind of contamination. This study presents innovation as the application of different systems containing surfactant in the vapor phase and compares their diesel removal efficiencies of soil containing this contaminant. For this, a system that contains seven injection wells the following vaporized solutions: water, surfactant solution, microemulsion and nanoemulsion, The surfactants used were saponified coconut oil (OCS), in aqueous solution and an ethoxylated alcohol UNTL-90: aqueous solution , and nanoemulsion and microemulsion systems. Among the systems investigated, the nanoemulsion showed the highest efficiency, achieving 88% removal of residual phase diesel, the most ecologically and technically feasible by a system with lower content of active matter

Aplicação do Na2S2O8, H2O2 e ferro na remediação de solos (latossolo e areia destrófica) contaminados com diesel

Environmental liabilities from accidents in the retail petroleum industry, especially in urban areas, have represented a serious problem whose impact reaches the underground, people's health and even economic losses with the remediation process. In U.S.A. are estimated hundreds of billions of dollars invested in soil remediation processes. The results of the reports and investigative reports of liabilities in fuel stations distributed in the urban area of Natal-RN were used to estimate the local scenario of contamination. This database has been possible to determine the main contaminants (BTEX, PAHs, TOC), affected neighborhoods and types of potentially more impacted soils. Experiments were carried out in order to reverse contamination of this scenario, where the soil type was a factor in the planning, because it influences directly on the effectiveness of remediation techniques studied: Oxidation by hydrogen peroxide and oxidation by sodium persulphate. These oxidants are activated forming free radicals (HO•-, SO4 •-, HO2 • , O2 •-, S2O8 -2, etc) responsible for to mineralize the hydrocarbons and other organic compounds (releasing O2 e CO2). In the activation process, the ferrous ions (II) and ferric (III) were studied as well as hydrogen peroxide activation technique with sodium persulfate, the latter being presented the best efficiency among all the study, when activated with Fe+3. In addition to defining the most efficient technique, the aim of this study was to evaluate the influence of different soils among oxidative techniques, characterizing the effect of the concentration of these oxidants and also the concentration of the catalysts. Exists in most scenarios evaluated the presence of intrinsic total iron soil matrix. The so-called latosols present microaggregates reddish indicating the presence of these reactive species like iron and clayey aspect. The kinetic study was conducted by experimental design and monitoring of the percentage of total carbon (SSM-5000A) in the solid and liquid phases, knowing that 82.4% of the diesel molecule is carbon. Yet organic carbon and pH of liquid samples were analyzed for technical, characterizing the influence of soil type and its operating condition. The Fenton-like technique H2O2 e Fe+2 presented satisfactory oxidation, including sandy soil, but well below the best result. The sodium persulphate only activated with temperature, even in the most favorable soil, did not provide good efficiency. The best technique in the study had the concentration profile with 2,2x10- 1mol.L-1 of Na2S2O8 activated with 6,53x10-1mol.L-1 of H2O2 and 2,5x10-2 Fe3+mol.L-1 which reduced in less than a day 96 contamination in red soil, initially with 66,667 mg of diesel per kg of clean soil

Aplicação de tratamentos eletroquímicos integrados para remediação de solos e águas contaminadas com petróleo e pesticidas

Electrochemical technologies have been proposed as a promising alternative for the treatment of effluents and contaminated soils. Therefore, the objective of this work was to study the treatment of contaminated soils and wastewaters using electrochemical technologies. Thus, the study regarding the scale-up of the electrochemical system with continuous flow treatment of wastewater of the petrochemical industry was investigated using platinum electrodes supported on titanium (Ti / Pt), and boron-doped diamond (BDD). The results clearly showed that under the operating conditions studied and electrocatalytic materials employed, the better removal efficiency was achieved with BDD electrode reducing the chemical oxygen demand (COD) from 2746 mg L-1 to 200 mg L-1 in 5 h consuming 56.2 kWh m-3 . The decontamination of soils and effluents by petrochemical products was evaluated by studying the effects of electrokinetic remediation for removal of total petroleum hydrocarbons (HTP) from contaminated soil with diesel. The efficiency of this process was dependent on the electrolyte used Na2SO4 (96.46%), citric acid (81.36%) and NaOH (68.03%) for 15 days. Furthermore, the effluent after treatment of the soil was treated by electrochemical oxidation, achieving a good elimination of the organic polluting load dissolved. Depending on the physical behavior of wastewater contaminated with oil (emulsified state); atrazine emulsified effluents were investigated. The main characteristics of the effluent produced during the washing of contaminated soil were studied, being dependent on the surfactant dosage used; which determined its electrolytic treatment with BDD. The electrochemical oxidation of emulsified effluent of atrazine was efficient, but the key to the treatment is reducing the size of micelles.

Avaliação da interação entre o persulfato de potássio com solos brasileiros para a utilização da tecnologia de remediação por oxidação química in situ.

Recentemente, o uso de persulfato em processo de oxidação química in situ em áreas contaminadas por compostos orgânicos ganhou notoriedade. Contudo, a matriz sólida do solo pode interagir com o persulfato, favorecendo a formação de radicais livres, evitando o acesso do oxidante até o contaminante devido a oxidação de compostos reduzidos presentes no solo ou ainda pela alteração das propriedades hidráulicas do solo. Essa pesquisa teve como objetivos avaliar se as interações entre a solução de persulfato com três solos brasileiros poderiam eventualmente interferir sua capacidade de oxidação bem como se a interação entre eles poderia alterar as propriedades hidráulicas do solo. Para isso, foram realizados ensaios de oxidação do Latossolo Vermelho (LV), Latossolo Vermelho Amarelo (LVA) e Neossolo Quartzarênico (NQ) com solução de persulfato (1g/L e 14g/L) por meio de ensaios de batelada, bem como a oxidação do LV por solução de persulfato (9g/L e 14g/L) em colunas indeformadas. Os resultados mostraram que o decaimento do persulfato seguiu modelo de primeira ordem e o consumo do oxidante não foi finito. A maior constante da taxa de reação (kobs) foi observada para o reator com LV. Essa maior interação foi decorrente da diferença na composição mineralógica e área específica. A caulinita, a gibbsita e os óxidos de ferro apresentaram maior interação com o persulfato. A redução do pH da solução dos reatores causou a lixiviação do alumínio e do ferro devido a dissolução dos minerais. O ferro mobilizado pode ter participado como catalisador da reação, favorecendo a formação de radicais livres, mas foi o principal responsável pelo consumo do oxidante. Parte do ferro oxidado pode ter sido precipitado como óxido cristalino favorecendo a obstrução dos poros. Devido à maior relação entre massa de persulfato e massa de solo, a constante kobs obtida no ensaio com coluna foi 23 vezes maior do que a obtida no ensaio de batelada, mesmo utilizando concentração 1,5 vezes menor no ensaio com coluna. Houve redução na condutividade hidráulica do solo e o fluxo da água mostrou-se heterogêneo após a oxidação devido a mudanças na estrutura dos minerais. Para a remediação de áreas com predomínio de solos tropicais, especialmente do LV, pode ocorrer a formação de radicais livres, mas pode haver um consumo acentuado e não finito do oxidante. Verifica-se que o pH da solução não deve ser inferior a 5 afim de evitar a mobilização de metais para a água subterrânea e eventual obstrução dos poros por meio da desagregação dos grãos de argila.

Biorremediação de solos contaminados com produtos petrolíferos

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.