A oxidação por ozono é um processo altamente eficaz para o tratamento de água e de águas residuais baseado no forte poder oxidante do ozono (O₃). É utilizado no tratamento de águas industriais para decompor contaminantes orgânicos e inorgânicos, remover micropoluentes e cumprir os requisitos de desinfeção. O ozono é um dos mais fortes agentes oxidantes conhecidos e permite reacções que não podem ser alcançadas com outros métodos químicos.
Este artigo fornece uma explicação detalhada e profissional dos princípios químicos, aplicações, desafios técnicos e exemplos práticos da oxidação por ozono.
Índice
Princípios químicos da oxidação pelo ozono
Propriedades do ozono
O ozono (O₃) é um gás altamente reativo constituído por três átomos de oxigénio. É produzido pela excitação de moléculas de oxigénio (O₂) através de descarga eléctrica ou radiação UV.
- Potencial de oxidação: +2,07 V (superior ao do cloro ou do peróxido de hidrogénio).
- Reatividade: Ataca moléculas orgânicas e inorgânicas diretamente ou através da formação de radicais.
- Instabilidade: Decompõe-se rapidamente em oxigénio (O₂), não deixando resíduos.
Mecanismos de reação da oxidação do ozono
O ozono pode reagir de duas formas:
Oxidação direta:
- O ozono reage diretamente com as impurezas e oxida-as em produtos inofensivos como a água, o dióxido de carbono ou os sais inorgânicos.
Oxidação indireta através de radicais:
- O ozono decompõe-se em solução aquosa para formar radicais hidroxilo (-OH), que têm um poder oxidante ainda mais forte.
Aplicações da oxidação por ozono na tecnologia da água
1. degradação de poluentes orgânicos
O ozono é ideal para decompor compostos orgânicos, tais como pesticidas, resíduos farmacêuticos, fenóis e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAP).
- Vantagens:
- Remoção eficaz de substâncias difíceis de decompor.
- Não há formação de subprodutos de cloro.
2. remoção de micropoluentes
No tratamento de águas residuais, o ozono é particularmente eficaz na remoção de micropoluentes, tais como hormonas, antibióticos e outros resíduos farmacêuticos.
- Mecanismo:
- Divisão de moléculas complexas em compostos mais simples e biodegradáveis.
3. redução da cor e do odor
O ozono oxida as moléculas coloridas e odoríferas presentes nas águas residuais industriais.
- Exemplos:
- Remoção de corantes de águas residuais têxteis.
- Eliminação de odores no processamento de alimentos.
4. desinfeção
O ozono é utilizado para a desinfeção de sistemas de água potável e de águas residuais.
- Vantagens em relação ao cloro:
- Mata uma maior variedade de microrganismos.
- Não há formação de subprodutos contendo cloro, tais como trihalometanos (THMs).
5. oxidação de metais e inorgânicos
Ferro e manganês:
- O ozono oxida estes metais em óxidos insolúveis, que podem depois ser removidos por filtração.
Oxidação do amónio:
- O ozono oxida o amónio (NH₄⁺) em nitrato (NO₃-).
Foto: O nosso reator para oxidação química húmida ALMA BHU UXI utilizando ozono ou segundo Fenton
Componentes técnicos e conceção do processo
1. produção de ozono
O ozono é produzido no local por ozonizadores, uma vez que é instável e não pode ser transportado.
Procedimento:
- Descarga de corona: A descarga de alta tensão divide as moléculas de oxigénio (O₂) e forma o ozono (O₃).
- Radiação UV: divisão fotoquímica das moléculas de oxigénio.
Fontes de oxigénio:
- Oxigénio puro (maior eficiência).
- Ar ambiente (mais barato, mas com menor concentração de ozono).
2. métodos de entrada
O ozono gerado é introduzido na água a tratar:
- Difusores: Sopram o ozono como um gás através da água.
- Injectores Venturi: misturam gás e água num único fluxo.
- Reactores de contacto: Otimizar o tempo de contacto entre o ozono e a água para uma eficácia máxima.
3. Vaso de reação
Reactores especialmente concebidos garantem tempos de contacto suficientes e maximizam a oxidação.
4. tratamento dos gases de escape
O excesso de ozono nos gases de escape é convertido em oxigénio por decomposição térmica ou catalítica para minimizar o impacto ambiental.
Os desafios da oxidação por ozono
1. procura de energia
A produção de ozono por descarga corona consome muita energia e contribui significativamente para os custos de funcionamento.
2. resistência dos materiais
O ozono é altamente reativo e requer materiais resistentes ao ozono, como o aço inoxidável (V4A), PTFE ou plásticos especiais.
3. formação de subprodutos
Durante a oxidação podem formar-se subprodutos indesejáveis, como o bromato (BrO₃-), especialmente em água que contenha brometo.
- Solução: Otimização da dosagem e das condições de reação.
Conclusão
A oxidação por ozono é um processo versátil e eficiente para o tratamento de água e de águas residuais. Graças ao seu elevado poder oxidante e ao seu respeito pelo ambiente, é ideal para o tratamento de poluentes complexos e para a desinfeção. Desafios como a necessidade de energia e a formação de subprodutos podem ser ultrapassados graças a tecnologias avançadas e a parâmetros de funcionamento optimizados. Com um desenvolvimento contínuo, a oxidação por ozono desempenhará um papel central na gestão sustentável da água.
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