Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de Engenharia Química e Engenharia de AlimentosEQA 5517 – Laboratório para Engenharia QuímicaProfa. Regina de Fátima Peralta Muniz Moreira

Tratamento de efluentes pelo Processo Fenton

1. Objetivo:

O objetivo deste experimento é a determinação da degradação de um efluente sintético contendo 250 mg/L de azul de metileno, através de oxidação química realizada pelo Processo Fenton e medição da redução da DQO no efluente final, utilizando-se o método colorimétrico de refluxo fechado.

2. Revisão Teórica

Os métodos de oxidação química podem resultar numa quase completa mineralização dos poluentes orgânicos e são efetivos para uma larga faixa de poluentes. A oxidação com reagentes do Fenton baseada no Fe2+ e peróxido de hidrogênio é uma tecnologia comprovadamente efetiva para destruição de um grande número de poluentes orgânicos perigosos.

As reações do tipo Fenton são baseadas na formação de radicais livres altamente reativos, como mostrado nas reações abaixo.

Fe2+ + H2O2 = Fe3+ + HO - + HO

H2O2 + HO = HO2 + H2O

Fe2+ + HO = Fe3+ + HO -

O radical hidroxil (HO) é o principal agente reativo no processo capaz de degradar um grande número de substâncias orgânicas por oxidação. Ele é duas vezes duas vezes mais reativo que o cloro e sua posição na série de potencial de oxidação é a segunda, somente inferior ao flúor.

2.1 Procedimento Preparar 1 L de uma solução de azul de metileno de concentração igual a 250mg/L.

2.1.1 Reação Fenton Adicionar a um béquer de 1000 ml, aproximadamente 495 ml da solução contendo 250 mg/L de

azul de metileno, 450 mg de FeSO4.7H2O. Ajustar o pH em torno de 2.5. Completar o volume final da solução para 500 ml com a solução de azul de metileno. Tomar uma alíquota de 10 mL da solução para determinação da DQO do efluente. Adicionar 2,0 ml de peróxido de hidrogênio. Após 1h de reação, neutralizar o pH e filtrar o efluente. Tomar uma alíquota do efluente tratado para análise da DQO.

2.1.2 Processo oxidativo com H2O2

Repetir o procedimento anterior, porém não adicionar FeSO4.7H2O.

2.1.3 Determinação da DQO pelo método do refluxo fechado

É um sistema de medida usado para contaminação aquática, que consiste em usar ácido sulfúrico e cromo para analisar o máximo consumo de oxigênio na amostra.

Para amostras de origem específica, a demanda química de oxigênio pode ser relacionada empiricamente com demanda orgânica de carbono ou matéria orgânica. O teste é útil para monitorar e controlar correlações anteriormente estabelecidas.

O método de refluxo de dicromato é preferido aos processos usando outros oxidantes. A oxidação da maioria dos compostos orgânicos é 95 a 100% do valor teórico.

2.1.3.1 - MATERIAL:a - Tubos Digestores: Preferivelmente use tubos de cultura de borosilicato de 16 x 100 mm, 20 x 150mm

ou 25 x 150mm, com tampa em TFE de parafuso enrugado. Alternativamente, use ampolas de borosilicato de capacidade 19 a 20mm de diâmetro.

b - Bloco Aquecedor ou Estufa, para operar a 150 2oC.

Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de Engenharia Química e Engenharia de AlimentosEQA 5517 – Laboratório para Engenharia QuímicaProfa. Regina de Fátima Peralta Muniz Moreira Nota: danos severos de muitos tubos de cultura fechados da digestão em estufa introduzem uma

fonte potencial de contaminação e aumentam a probabilidade de vazamentos. Use uma estufa para digestão de tubos de cultura apenas quando ela estiver sendo determinada por 2h de exposição a 150 oC, assim não danificará as tampas.

c - Espectrofotômetro para uso a 600nm com entrada para um adaptador para ampola ou tubos de 16, 20 ou 25 mm.

2.1.3.2 – REAGENTES:

a – Solução Padrão de Biftalato de Potássio Padrão (KHP): Amasse (esmague) levemente e depois seque o biftalato de potássio à peso constante à 120o C. Dissolva 425 mg em água destilada e dilua para 1000 ml. O KHP tem uma DQO de 1.176 mg de O2/mg e esta solução tem uma DQO teórica de 500 g de O2/ml. Esta solução é estável quando refrigerada por mais de três meses na ausência de crescimento biológico visível.

b - Ácido Sulfúrico Reagente: Adicione Ag2SO4 em grau reagente ou técnico, ou como cristais ou em pó ao H2SO4 concentrado, à taxa de 5,5g de Ag2SO4/kg de H2SO4 (geralmente utiliza-se 10,12g de. Ag2SO4 para cada litro de H2SO4) Deixe ficar 1 ou 2 dias para dissolver o Ag2SO4 (normalmente 1 dia é suficiente).

c - Solução Digestora: Adicione à cerca de 500 ml de água destilada 10,216 g de K2Cr2O7, grau padrão primário, previamente seco à 103 oC por 2h, 167 ml de H2SO4. Dissolva, resfrie à temperatura ambiente, e dilua para 1000 ml.

2.1.3.4 PROCEDIMENTO:a -Tratamento das Amostras:

Preparação da Curva de Calibração: Prepare pelo menos cinco padrões de solução de biftalato de potássio com DQOs equivalentes entre 20 a 500 mg de O2/l, meça um volume suficiente de amostra e reagentes para o tubo ou ampola de acordo com a tabela abaixo. Prepare, digira e resfrie as amostras, e os padrões para a curva de calibração.Digerir em estufa a 150 oC por 2 horas.

b - Preparação: Coloque a amostra no tubo e adicione a solução digestora conforme a tabela. Cuidadosamente despeje o ácido sulfúrico reagente pela parede para a parte inferior do tubo. Aperte bem as tampas dos tubos e inverta cada um deles várias vezes para misturar completamente. CUIDADO: PROTEJA O ROSTO E AS MÃOS!

c - Medidas da Redução do DicromatoInverta várias vezes as amostras, o branco e os padrões resfriados e deixe os sólidos decantarem antes de medir a absorbância em 600 nm. Leia a absorbância e compare com a curva de calibração.

Tubos de Cultura (16 x

100mm)

Volume da amostra

Água destilada (ml)

Solução Digestora (ml)

Solução de Ácido sulfúrico

(ml)

Volume total (ml)

amostra 2,5 0,0 1,5 3,5 7,5branco 0,0 2,5 1,5 3,5 7,5

Padrões com a Sol. de Biftalato

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Padrões(mg de O2/L)

1.2.1 Volume da

1.2.2 Sol.

Água Destilada (ml)

Solução Digestora(ml)

Ácido Sulfúrico(ml)

500 2,5 0,0 1,5 3,5

400 2,0 0,5 1,5 3,5

300 1,5 1,0 1,5 3,5

100 0,5 2,0 1,5 3,5

20 0,1 2,4 1,5 3,5

3. Resultados3.1 Determinar a DQO experimental da solução inicial de azul de metileno – 3.2 Calcular a DQO teórica da solução inicial de azul de metileno e comparar com o resultado

experimental.3.3 Avaliar a diminuição da DQO do efluente após 1 hora de reação pelo processo Fenton.3.4 Discutir criticamente os resultados.

4. Referência Bibliográfica

DUTTA, K.; et al. (2001). Chemical oxidation of methylene blue using a fenton-like reaction. Journal of Hazardous Materials B84, p. 57-71.

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Aula Prática: Tratamento de efluentes pelo Processo Fenton

Resultados Experimentais (entregar para o Professor no final do dia da aula)