Os compostos orgânicos são uma classe extensa de substâncias químicas constituídas por carbono (C) e geralmente hidrogénio (H), frequentemente combinados com oxigénio (O), azoto (N), enxofre (S), fósforo (P) ou halogéneos. Desempenham um papel central no tratamento de águas industriais e de águas residuais, uma vez que se apresentam sob a forma de poluentes, nutrientes, fontes de energia e mesmo materiais operacionais. A compreensão das suas propriedades químicas, do seu comportamento na água e das suas interações com os processos de tratamento é crucial para o desenvolvimento de sistemas eficientes de tratamento de água e de águas residuais.

Propriedades e classificação dos compostos orgânicos

Os compostos orgânicos podem ser classificados de acordo com a sua estrutura química, origem ou função:

1. hidrocarbonetos

• São constituídos exclusivamente por átomos de carbono e de hidrogénio.
• Subdivisão em:
  • Hidrocarbonetos alifáticos (por exemplo, metano, hexano): Cadeias simples ou cadeias ramificadas.
  • Hidrocarbonetos aromáticos (por exemplo, benzeno, tolueno): Estruturas em anel com electrões deslocalizados.
• Relevância: Componentes comuns das águas residuais industriais da indústria petroquímica.

2. Compostos orgânicos halogenados

• Hidrocarbonetos contendo halogéneos (Cl, Br, F).
• Exemplos: Tricloroetileno, diclorometano.
• Relevância: Altamente persistente e tóxico, pouco biodegradável.

3. ácidos orgânicos

• Os grupos carboxilo (-COOH) conferem a estes compostos propriedades ácidas.
• Exemplos: Ácido acético, ácido cítrico.
• Relevância: Influenciar o valor do pH e os processos de precipitação em sistemas de tratamento de água.

4. Compostos orgânicos azotados

• Contêm grupos amino (-NH₂) ou outros compostos de azoto.
• Exemplos: Aminas, ureia.
• Relevância: Pode aumentar as entradas de azoto nas massas de água e contribuir para a eutrofização.

5. Compostos orgânicos de fósforo

• Contêm fósforo em ligação orgânica.
• Exemplos: Pesticidas, fosfolípidos.
• Relevância: Contribuir para a poluição por nutrientes.

6. biopolímeros e substâncias naturais

• Hidratos de carbono, gorduras, proteínas, lenhina e substâncias húmicas.
• Relevância: Frequentemente encontrado em águas residuais municipais e agrícolas.

7. Os compostos orgânicos sintéticos

• Plásticos, tensioactivos, resíduos farmacêuticos, plastificantes (por exemplo, BPA, PAH).
• Relevância: Problema crescente no tratamento de águas devido à sua persistência e efeito tóxico.

Fontes de compostos orgânicos na água e nas águas residuais

1. Processos industriais

   • Indústria petroquímica: hidrocarbonetos, aromáticos, solventes.
   • Indústria química: compostos halogenados, tensioactivos, plásticos.
   • Indústria alimentar: ácidos orgânicos, gorduras, proteínas.

2. Águas residuais domésticas

   • Agentes de limpeza, produtos de higiene pessoal, resíduos farmacêuticos.
   • Os compostos orgânicos, como os tensioactivos e as fragrâncias, entram nas estações de tratamento de águas residuais através das águas residuais.

3. Agricultura

   • Insumos provenientes de pesticidas, herbicidas e fezes de animais.
   • Os produtos de degradação das substâncias orgânicas acumulam-se nas águas superficiais e subterrâneas.

4. Fontes naturais

   • Decomposição de matéria orgânica, como resíduos de plantas e substâncias húmicas.
   • Carbono orgânico dissolvido (DOC) proveniente de processos de decomposição natural.

Importância dos compostos orgânicos no tratamento da água e das águas residuais

1. poluentes e poluição ambiental

Muitos compostos orgânicos são tóxicos, carcinogénicos ou mutagénicos e difíceis de biodegradar. Estes incluem

• Compostos halogenados, como o tricloroetileno e os PCB, que são persistentes e bioacumuláveis.

  • Perigo: Toxicidade para os organismos aquáticos, potencial carcinogénico.
  • Grenzwert: AOX im Trinkwasser < 0,1 mg/L (Deutschland).

• HAPs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos), por exemplo, o benzo[a]pireno, que têm origem em processos de combustão.

  • Perigo: Carcinogenicidade e danos nos ecossistemas.
  • Grenzwert: PAK (Benzo[a]pyren) im Trinkwasser < 0,01 µg/L (EU).

• Resíduos de medicamentos, por exemplo, diclofenac e antibióticos, que são biologicamente activos e difíceis de decompor.

  • Perigo: Desenvolvimento de resistência nos microrganismos, perturbação dos sistemas hormonais.
  • Richtwert: Empfohlen < 100 ng/L (keine gesetzlichen Grenzwerte).

Influências nos ecossistemas:

• Mesmo concentrações baixas podem ter um efeito tóxico em peixes e anfíbios, prejudicando a reprodução e o crescimento.
• As substâncias persistentes acumulam-se nos sedimentos e permanecem activas durante décadas.

Desafios e requisitos:

• As estações de tratamento de águas residuais convencionais não conseguem eliminar completamente muitos destes compostos. As substâncias persistentes requerem processos especializados, como a adsorção ou a oxidação.
• Grenzwertbeispiele: EU-Wasserrahmenrichtlinie: Benzo[a]pyren in Oberflächengewässern < 0,03 µg/L.

2. nutrientes e eutrofização

Os compostos orgânicos que contêm azoto e fósforo são nutrientes importantes. No entanto, em concentrações elevadas, promovem a eutrofização, que perturba significativamente o equilíbrio das massas de água.

• Compostos de azoto (por exemplo, amónio, ureia):

  • Propriedades: Rapidamente biodisponível, favorece o crescimento das algas.
  • Consequências: A proliferação de algas (fitoplâncton) provoca uma deficiência de oxigénio (hipoxia) e prejudica os organismos aquáticos.
  • Grenzwert: Ammonium im Trinkwasser < 0,5 mg/L (Deutschland).

• Compostos de fósforo (por exemplo, ortofosfatos, fosfolípidos):

  • Propriedades: Mesmo pequenas quantidades podem provocar efeitos eutrofizantes.
  • Consequências: Formação de algas azuis-verdes tóxicas e deterioração da qualidade da água.
  • Grenzwerte: Gesamtphosphor in Kläranlagen < 1 mg/L (EU), Phosphat im Trinkwasser < 6,7 mg/L (Deutschland).

Influências no tratamento de águas residuais:

• Elevadas concentrações de nutrientes orgânicos, por exemplo, provenientes da agricultura ou da indústria, sobrecarregam os processos de tratamento biológico.
• Os nutrientes em excesso são removidos por nitrificação/desnitrificação (azoto) ou precipitação química (fósforo).

Processo para a remoção de compostos orgânicos 

A remoção de compostos orgânicos da água e das águas residuais é um aspeto fundamental do tratamento de águas industriais. Devido às diferentes propriedades dos compostos orgânicos - desde os facilmente degradáveis aos altamente persistentes - são utilizados vários processos físicos, químicos e biológicos. Estes são frequentemente combinados para garantir a máxima eficiência.

1. processos biológicos

Princípio: Os processos biológicos utilizam microrganismos para decompor ou converter compostos orgânicos. Os microrganismos oxidam as substâncias orgânicas em CO₂ e água ou reduzem-nas a metano e outros produtos intermédios.

Exemplos de processos biológicos:

• Tratamento aeróbio de águas residuais:

  • Os microrganismos oxidam as substâncias orgânicas em condições aeróbias.
  • Aplicação: Estações de tratamento de águas residuais para águas residuais municipais e industriais.
  • Processo: O oxigénio é introduzido no tanque de arejamento por aeradores para promover a atividade das bactérias.
  • Produtos de degradação típicos: CO₂ e biomassa (lamas de depuração).

• Tratamento anaeróbio de águas residuais:

  • Em reactores sem oxigénio, os microrganismos convertem compostos orgânicos em biogás (metano e CO₂).
  • Aplicação: Adequado para águas residuais altamente contaminadas (por exemplo, da indústria alimentar).
  • Processo: Os substratos orgânicos são decompostos em fases por microrganismos hidrolíticos, acidogénicos, acetogénicos e metanogénicos.

Vantagens dos processos biológicos:

• Económica, uma vez que não são necessários produtos químicos dispendiosos.
• Sustentável, especialmente através da produção de biogás.

Desvantagens dos processos biológicos:

• Não é adequado para compostos orgânicos pouco degradáveis (refractários), como os HAP ou os hidrocarbonetos halogenados.
• Sensível às variações de temperatura e às substâncias tóxicas.