Fotocatálise heterogênea na oxidação de arsênio e sua remoção de águas da região do Quadrilátero Ferrífero - MG

Abstract

A contaminação por arsênio em águas tem sido reportada em várias partes do mundo. O elemento pode ser encontrado sob as formas orgânicas e inorgânicas. As espécies de As(III) e As (V) são os de maiores toxicidade e riscos à saúde, comparada às espécies orgânicas. Atualmente, a concentração máxima permitida de arsênio em água potável é de 10 μg L-1. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento e aplicação de um método para a remoção de arsênio de águas superficiais e subterrâneas, utilizando Processo Oxidativo Avançado (POA) para oxidação da espécie trivalente e posterior adsorção de As(V) em hidróxido de ferro. Como processo oxidativo, foi empregado a Fotocatálise Heterogênea com TiO2 imobilizado na superfície interna de um fotoreator anular de fluxo ascendente que utiliza como fonte de radiação uma lâmpada de vapor de mercúrio de 125 W. A determinação das concentrações de As(III) e As(V) foram monitoradas pelo método de espectrometria de absorção atômica com gerador de hidretos. Os resultados obtidos mostraram que a concentração de TiO2 ótima para oxidação de uma solução de As(III) 1,0 mg L-1 foi de 10% (m/v) em um tempo de 30 minutos. O pH de trabalho foi 7,0, próximo do valor encontrado nas amostras de águas naturais. A taxa de oxidação do As(III) quando utilizados: radiação UV e TiO2; somente radiação UV e ausência de radiação UV e de TiO2, promoveram taxas de oxidação de 90, 78 e 20%, respectivamente. Pôde-se verificar que o filme de TiO2 apresentou boa resistência e durabilidade, mostrando que após terem sido realizados 12 experimentos de 30 minutos (durante 6 horas), não apresentou alteração na eficiência de oxidação. As amostras, após o tratamento oxidativo no fotoreator, apresentaram concentrações de As(V) nove vezes maior que o As(III), sendo uma das vantagens do processo oxidativo, pois o As(V) é 60 vezes menos tóxico que o As(III). Em um processo subseqüente à oxidação, o arsenato foi removido da solução empregando-se 50,0 mg L-1 de Fe(III), seguida pela filtração do precipitado formado, o que proporciona remoções superiores a 99%. Os processos de oxidação, coagulação e adsorção em hidróxidos de ferro foram aplicados em amostras de águas de minas, bicas, torneira de uma residência e de um rio da cidade de Ouro Preto, situada no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais. Após os tratamentos, as concentrações de arsênio ficaram inferiores ao limite de detecção da técnica de Absorção Atômica com Geração de Hidretos, que é de 0,2 μg L-1, tornando-as próprias para o consumo humano.

The contamination for Arsenic in waters has been reported in some parts of the world. The element can be found either in organic and inorganic forms. The species of As(III) and As(V) presents higher toxicity and risks to the human health compared to the organic species. Presently, the allowed maximum concentration of As for drinking waters is 10 μg L-1. This study had as objective development of a method and application to removal arsenic of superficial and underground waters, using Advanced Oxidative Process (AOP) for oxidation of the trivalent species and after that adsorption of As(V) in iron hydroxide. As an oxidative process was used a heterogeneous photocatalysis in the internal surface of a photoreactor. As a radiation source was used a mercury vapor light bulb of 125 W. The determination of the As(III) and As(V) concentrations had been monitored by the method of spectrometry of atomic absorption with a hydride generator. The results showed that the best concentration of titanium dioxide for oxidation of a As(III) 1,0 mg L-1 solution was 10% (m/v) in 30 minutes. The pH of work was 7,0 next to the value found in the natural water samples. The oxidation rate of As(III) when used: radiation UV and TiO2, only radiation UV and absence of radiation UV and TiO2, had promoted taxes of oxidation of 90, 78 and 20%, respectively. It was verified that the TiO2 film presented a good resistance and durability, showing that after 12 experiments of 30 minutes during 6 hours, it did not present modification in the oxidation efficiency. The samples, after the oxidative treatment in the photoreactor, had presented concentrations of As(V) nine times bigger than As(III). That is one of the advantages of the oxidative process, because As(V) is 60 times less toxic than As(III). In a subsequent process oxidation, the arsenate was removed of the solution using 50,0 mg L-1 of iron, followed for precipitate formed filtration, what provides superior removals 99%. The processes of oxidation, coagulation and adsorption in iron hydroxides were applied in water samples of mines, pipes, house s tap and a river of the Ouro Preto city, situated in the Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais. After treatments, the Arsenic concentrations had been lower than the detection limit of the technique of Atomic Absorption with the Hydrides Generation, that is 0,2 μg L-1, becoming them proper for the human use.