Aplicação de processos fotoeletrocatalíticos para remoção de pesticidas

Abstract

O acesso das populações ao abastecimento de água segura é uma condição necessária para a salvaguarda da saúde pública e um imperativo em termos dos objetivos de desenvolvimento sustentável (OSD) incluídos na Agenda 2030 da Organização Mundial de Saúde. A crescente presença de numerosos poluentes orgânicos persistentes (POP) (e.g., pesticidas, fármacos, desreguladores endócrinos) nos ecossistemas aquáticos, devido a diversas atividades antropogénicas, tem vindo a colocar um importante desafio à eficiência dos sistemas de tratamento de águas (existentes e/ou futuros) no que se refere ao desenvolvimento e implementação de tecnologias de tratamento inovadoras e sustentáveis para remoção de POP. Estas substâncias, também designadas por contaminantes de interesse emergente (CIE), representam um elevado risco para a saúde humana face ao seu potencial efeito cancerígeno e/ou mutagénico e tendem a apresentar um comportamento refratário às tecnologias convencionais instaladas na grande maioria das Estações de Tratamento de Águas (ETA e ETAR). No âmbito do desenvolvimento de processos oxidação avançada (POA) inovadores, as tecnologias fotocatalíticas (em reatores de coluna ou filtros) têm-se revelado, em vários estudos, muito promissoras em termos de eficiência de remoção de CIE, embora apresentem como limitação (à escala industrial) a necessidade de uma radiação continua e suficientemente intensa, o que nem sempre permite utilizar a radiação solar ao longo do ano. Neste contexto, o presente trabalho de investigação visa desenvolver e testar um processo de tratamento (alternativo e inovador) para remoção de pesticidas da água, neste caso a atrazina (ATZ), baseado na aplicação duma tecnologia fotoeletrocatalítica (FEC). Para o efeito, foram realizados ensaios à escala laboratorial que permitiram uma avaliação comparativa da eficiência de remoção da atrazina (ATZ), inicialmente pelos processos de eletroquímica (EQ) e fotocatálise (FC)), tendo em consideração diversas condições experimentais e a potencial sinergia desses processos, que permitiram evoluir para a realização de ensaios fotoeletrocatalíticos. Face aos resultados obtidos (não deteção do poluente) procedeu-se a uma avaliação do efeito de vários parâmetros abióticos (e.g., diferença de potencial aplicada, a iluminância incidente, a concentração inicial do poluente e do eletrólito de cloreto de sódio (NaCl), pH da solução), que permitiu selecionar a melhor combinação das condições de ensaio que permite a remoção de ATZ em 35 minutos: solução neutra (pH=7,1), adição de 5g de NaCl, iluminância incidente de 90 lux e uma diferença de potencial aplicada de 10 Volts.

The access of the population to the supply of safe water is a necessary condition to the public health safeguard and an imperative in terms of the Objectives of Sustainable Development (OSD) included in the World Health Organization 2030 Agenda. The increasing presence of numerous persistent organic pollutants (POPs) (eg., pesticides, drugs, endocrine disruptors) in the aquatic ecosystems, due to several anthropogenic activities, has been posing an important challenge on the efficiency of water treatment systems (available and/or upcoming) when talking about the development and implementation of innovative and sustainable treatment technologies for the removal of POPs. These substances, also known as emerging contaminants of interest (ECI), pose a high risk to human health because of their potential carcinogenic and/or mutagenic effect and tend to behave in a refractory manner to conventional technologies installed in most Wastewater Treatment Plants (WWTP). In scope of the development of innovative advanced oxidation processes (AOP), photocatalytic technologies (in column reactors or filters) have been showing, in several studies, to be very promising in terms of ECI removal efficiency although presenting, as limitations (at an industrial scale), the need for a sufficiently strong solar radiation, which does not always occur continuously throughout the year. In this context, the present work of investigation intends to develop and test a water treatment process (an alternative and innovative one) for the removal of pesticides, in this case the atrazine (ATZ), based on the application of a photoelectrocatalytic (FEC) technology. For this purpose, tests, at a laboratorial scale, were performed permitting a comparative evaluation of the efficiency on the removal of atrazine (ATZ) by electrochemistry processes, photocatalysis (PC) and electrocatalysis (EC), taking into consideration several experimental conditions and the potential synergy of these processes, which allowed to evolve to photoelectrocatalytic tests. Bearing in mind the results (complete removal of the pollutant) an evaluation was carried out on the effect of several abiotic parameters (eg., applied electrical voltage, the incident illuminance, the original concentration of the pollutant and sodium chloride (NaCl) electrolyte, solution pH), which permitted selecting the best combination of the rehearsal conditions that allows the AZT total removal in 35 minutes: neutral solution (pH = 7), addition of NaCl 5g, incident illuminance of 90 lux and an applied electrical voltage of 10 Volts.