Formação de ozônio

O ozônio (O3), ou oxigênio triatômico, é uma molécula instável formada pela adição de um átomo de oxigênio à molécula diatômica de oxigênio (O2), que pode ser produzido naturalmente como resultado de relâmpagos (descarga elétrica) ou radiação ultravioleta. Usualmente, o gás ozônio é gerado pelo método de descarga elétrica no gás oxigênio, conhecido como descarga por efeito corona, que consiste na passagem de gás contendo oxigênio puro ou outras misturas de ar, através de alta energia em descarga elétrica. As moléculas de oxigênio são dissociadas e produzem radicais livres altamente reativos, que ao reagir com outras moléculas de oxigênio formam o ozônio (FERREIRA, 2017 apud KIM et al, 1999), como apresentado na Figura 1, a seguir.

Ozônio.png

Características do ozônio

O gás ozônio possui um elevado potencial oxidativo que o destaca como um excelente “destruidor” de compostos orgânicos e de patógenos. O potencial oxidativo do ozônio é de aproximadamente 2,07 mV, enquanto o cloro, por exemplo, é de aproximadamente 1,36 mV (ver Tabela 1). Já o flúor possui um potencial de aproximadamente 3,06 mV.

Tabela 1 - Valores do potencial padrão de oxidação de espécies oxidantes.

Tabela 1.png

Este elevado poder de oxidação do ozônio confere uma elevada capacidade na remoção de matéria orgânica e na desinfecção da água bruta, com um menor tempo de contato e menores concentrações, tornando o uso do ozônio como um potencial oxidante em estações de tratamento de esgoto e água.

Por ser um gás instável, o ozônio possui um tempo de meia vida curto (aproximadamente 20,0 minutos em água a 20,0°C), é parcialmente solúvel em água e, assim como a maioria dos gases, aumenta sua solubilidade à medida que a temperatura diminui. A solubilidade do ozônio na água dependerá da concentração de matéria orgânica presente, pois quanto menor a concentração de matéria orgânica, maior será o tempo de meia vida do ozônio em água (FERREIRA, 2017 apud WYSOK et al., 2006).

Tabela 2.png

A decomposição do ozônio em meio aquoso é caracterizada por uma rápida diminuição da concentração inicial, com uma fase posterior na qual a concentração de ozônio diminui segundo uma cinética de primeira ordem, sendo que os radicais hidroxila (OH) são os principais produtos desta decomposição.

O ozônio pode reagir com compostos orgânicos em solução aquosa através da reação direta, onde o próprio ozônio molecular atua; e, através da reação indireta, na qual envolve reações com os radicais hidroxila (OH), formados da decomposição do ozônio em meio aquoso. A reação indireta não é seletiva, pois ela é capaz de promover um ataque a compostos orgânicos 106 – 109 vezes mais rápido que alguns agentes oxidantes como, por exemplo, o peroxido de hidrogênio (H2O2) e o próprio ozônio. Predominantemente processos de desinfecção ocorrem via ozônio molecular, já processos de oxidação podem ocorrer tanto por meio do ozônio molecular, via direta, como dos radicais hidroxila, via indireta (ALMEIDA et al., 2004; DI BERNADO e DANTAS, 2005; SILVA et al., 2011).

A formação de radicais hidroxila (OH) leva à rápida decomposição do ozônio em meio aquoso e assim como outros compostos oxidantes, aumentando os níveis de pH. As alterações na eficiência do processo de desinfecção, quando há uma representativa variação no pH do meio, relacionam-se com mudanças na taxa de decomposição do ozônio. Segundo Kim et al., (1998) citado por Ferreira (2017), a estabilidade do ozônio em água decresce quando o pH do meio aumenta; quando esse pH é superior a 8,0 praticamente metade do ozônio introduzido é decomposto em várias formas intermediárias de oxigênio, num período de 10,0 minutos.

Aplicação de ozônio no tratamento de água

A aplicação de ozônio no tratamento de água se deve, principalmente, a qualidade dos corpos hídricos utilizados para tratamento e abastecimento de água para população, que estão cada vez mais poluídos (principalmente, matéria orgânica). Usualmente, as plantas de tratamento de água visam tratar águas provenientes de corpos hídricos Classe 1, 2 e 3, cujos parâmetros físico-químicos se diferem entre si, tornando o processo de tratamento mais simples (Classe 1) ou mais complexo (Classe 3).

De acordo com a resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) de nº 357/05, os corpos hídricos nacionais são enquadrados em cinco (05) classes de água doce, cuja classificação é feita em função da qualidade (parâmetros físico-químicos) da água, indicando o grau de poluição dos mesmos, conforme apresentado a seguir:

  • Classe Especial: aquelas destinadas ao abastecimento doméstico prévia ou com simples desinfecção;

  • Classe 1: destinadas ao abastecimento doméstico após tratamento simples (filtração e Desinfecção); à proteção das comunidades aquáticas; à recreação de contato primário (natação, esqui e mergulho); à irrigação de hortaliças consumidas cruas e de frutas que cresçam rentes ao solo e ingeridas sem remoção de película; à criação natural e/ou intensiva (aquicultura) de espécies destinadas à alimentação humana;

  • Classe 2: águas destinadas ao abastecimento doméstico após tratamento convencional; à proteção das comunidades aquáticas; à recreação de contato primário; irrigação de hortaliças e frutíferas; à criação natural e/ou intensiva de espécies destinadas à alimentação humana;

  • Classe 3: águas destinadas ao consumo humano após tratamento convencional; à irrigação de culturas arbóreas, cerealíferas e forrageiras; dessedentação de animais; e

  • Classe 4: águas destinadas à navegação; harmonia paisagística; e aos usos menos exigentes.

Tabela 3 - Classificação dos corpos hídricos em função dos Valores Máximos

Permitidos (VMP) para os principais parâmetros.

Tabela 3.png

Notas:

(1): 3,7 mg/L para valor de pH abaixo de 7,5. Se o valor do pH ficar entre 7,5 e 8,0, a concentração de nitrogênio amoniacal deve ser igual ou inferior a 2,0 mg/L; pH entre 8,0 e 8,5 = 1,0 mg/L; pH maior que 8,5 = 0,5 mg/L.

(2): 13,3 mg/L para valor de pH abaixo de 7,5. Se o valor do pH ficar entre 7,5 e 8,0, a concentração de nitrogênio amoniacal deve ser igual ou inferior a 2,2 mg/L; para pH superior a 8,5 = 1,0 mg/L.

Conforme, visto na Tabela 3, os valores das concentrações de alguns poluentes para cada Classe são diferentes, para maioria dos parâmetros. São estes parâmetros que irão definir o grau e a tecnologia com o melhor custo-benefício para o tratamento da água do manancial.

Caso a qualidade da água apresente elevadas concentrações de matéria orgânica (elevada DBO5,20, por exemplo), se faz necessário o auxílio de novas tecnologias para o tratamento de água, uma vez que os processos convencionais apresentam limites de tratabilidade para remoção de matéria orgânica.

Independente de qual tipo/tecnologia de tratamento adotada (filtração direta, convencional ou por ar dissolvido), a aplicação de ozônio nas estações de tratamento de água é vantajosa. Isto porque, o ozônio pode ser aplicado em diferentes etapas de tratamento:

  • Etapa primária: caso se deseje remover grandes quantidades de microalgas e cianobactérias, pode ser aplicado ozônio no pré-tratamento (BRAGA et al, 2007);

  • Etapa secundária: em situações em que a qualidade da água apresente elevados teores de matéria orgânica – expresso em DBO –, recomenda-se que a aplicação de ozônio seja feita após a etapa de decantação, antes de chegar no filtro; e

  • Etapa terciária (desinfecção): quando comparado ao uso de cloro, por exemplo, o ozônio é mais eficiente, rápido e letal para bactérias e micro-organismos, sendo cerca de 100 vezes mais solúvel em água. Outra vantagem da aplicação de ozônio é a não formação de subprodutos, além de poder ser gerado na própria planta. Quando não consumido, o ozônio decompõe-se naturalmente em oxigênio.

Além disso, o emprego do ozônio propicia a redução de teores de substâncias inorgânicas, como o ferro e manganês, por exemplo; aumento da eficiência dos processos de coagulação e floculação; e remoção de certas substâncias orgânicas não biodegradáveis.

Dosagem

A dosagem ótima de ozônio vai depender da qualidade da água bruta e do objetivo da aplicação. Ou seja, o consumo de ozônio vai depender do teor de matéria orgânica ou da quantidade de organismos patogênicos presentes na água bruta, como o grupo de coliformes fecais e totais .A dosagem de ozônio em ETA, varia em função da concentração de matéria orgânica presente na água a ser tratada. Neste caso específico, a concentração de ozônio aplicado na água varia entre 1,0 e 5,0 mg O3/L (valores usualmente recomendados).

Legislação

Em caso de aplicação de ozônio na etapa de desinfecção da ETA, a Portaria 2914/11 determina que deve ser observado o produto CxT, que calcula a concentração de ozônio (mg/L) pelo tempo de contato (em minutos) na câmara de desinfecção (tanque de contato). O valor deste cálculo deve ser de até 0,38 mg/L.min para temperatura média da água igual a 15,0 ºC, e pode ser calculada através da Equação 1, a seguir:

 

 

O tratamento de efluentes e águas residuais com ozônio é alternativa eficiente para a degradação de subprodutos industriais, agrotóxicos e microrganismos. O ozônio é usado efetivamente no processamento de água carregada com concentrações de subprodutos industriais.

O ozônio é muito eficiente na degradação de agrotóxicos pesticidas, orgânicos de maneira completa e eficaz através da oxidação do ozônio.

Devido ao grau de variação na composição e carga de contaminantes, o equipamento de tratamento de águas residuais é geralmente especificado após a realização de testes piloto em escala reduzida para determinar as dosagens necessárias de ozônio.

A redução dos custos de processamento, bem como a redução ou eliminação de multas impostas pelo descarte de água contaminada são alguns dos benefícios. Outros benefícios incluem o uso de uma tecnologia limpa e ecológica, tão eficaz e econômica quanto as tecnologias menos amigáveis ao meio ambiente.

Vantagens do ozônio no tratamento de águas residuais

O tratamento de efluentes e águas residuais com ozônio tem várias outras vantagens, como aumento do nível de oxigênio dissolvido, diminuição da demanda química de oxigênio e melhoria das características estéticas devido à redução da turbidez e da cor. A cloração e a radiação UV não oferecem esses benefícios.

O ozônio é mais eficaz que o cloro na destruição de vírus e bactérias.

O processo de ozonização utiliza um tempo curto de contato (aproximadamente 10 a 30 minutos);

Não há resíduos nocivos que precisam ser removidos após a ozonização, porque o ozônio se decompõe rapidamente;

Após a ozonização, não há novo crescimento de microrganismos, exceto aqueles protegidos pelas partículas no fluxo de águas residuais;

O ozônio é gerado no local e, portanto, há menos problemas de segurança associados ao transporte e manuseio;

A ozonização eleva a concentração de oxigênio dissolvido no efluente. O aumento do oxigênio dissolvido pode eliminar a necessidade de aeração e  também aumentar o nível de fluxo receptor.

O ozônio descontamina águas residuais de produtos químicos e compostos.

Muitas estações de tratamento de águas residuais municipais ainda descarregam o efluente em corpos d’água, como rios e lagos, que são importantes fontes de água potável.

Historicamente, o cloro era usado para a desinfecção das estações de tratamento devido à sua eficácia, propriedades residuais e baixo custo.

No entanto, estudos no início da década de 70 mostraram que o cloro reage com os orgânicos para formar subprodutos da desinfecção, como trihalometanos e ácidos haloacéticos. Esses subprodutos podem afetar adversamente a saúde pública e a vida aquática por causa de suas propriedades cancerígenas.

A morte de peixes também ocorreu em corpos d’água que receberam águas residuais municipais desinfetadas com cloro. As preocupações com os efeitos adversos do efluente clorado levaram a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos a promover pesquisas em tecnologias de desinfecção alternativas, como a ozonização.

 

Os pesquisadores descobriram muitos outros produtos químicos e compostos na água e nas águas residuais em concentrações que podem ser a causa de várias outras preocupações ecológicas e para a saúde humana.

Esses poluentes preocupantes descobertos mais recentemente são comumente agrupados como contaminantes de interesse emergente.

 

Os contaminantes de interesse emergente geralmente não são regulamentados e consistem em:

 

Compostos farmacêuticos ativos;

Produtos de cuidados pessoais;

Antibióticos;

Hormônios;

Produtos químicos disruptivos endócrinos;

Plastificantes;

Surfactantes;

Retardante de fogo;

Pesticidas;

Herbicidas;

Inseticidas;

Químico industrial e doméstico;

Nanomateriais.

A OHZON atingiu avanços significativos no desenvolvimento de geradores inteligentes que oferecem total controle no uso do ozônio para tratamento de efluentes, águas residuais, indústria de alimentos e controle de pragas. O uso do ozônio  é uma tecnologia bem desenvolvida e está sendo usada em todo o mundo.

 

Entre em contato hoje mesmo e saiba como os Geradores de Ozônio Inteligentes da OHZON poderão impactar positivamente na lucratividade do processo produtivo.