Água para Consumo Humano, Esgotos e Rios

Vantagens do Peróxido de Hidrogênio no Tratamento de Água Potável 

• Melhoria do gosto e odor da água
• Diminuição da carga de cloro na água
• Diminuição da formação de trihalometanos
• Redução do custo de produção

Onde aplicar o Peróxido de Hidrogênio 

• Pré-oxidação e controle de algas em reservatórios de captação (adição direta)
• Pré-oxidação em ETAs (adição direta e/ou combinado com sal ferroso — Sistema Fenton)
• Desinfecção final em ETAs (combinado com ultra violeta ou ozônio)

No tratamento de água potável, o peróxido de hidrogênio pode ser empregado como pré-oxidante, por meio de adição simples e direta, combinado na seqüência de tratamento simplificado ou convencional com os coagulantes, floculantes e neutralizantes usuais. Além disso, pode ser empregado ativado com íons Fe2+, ou radiação ultravioleta, ou com ozônio, nos chamados processos de oxidação avançada. 

A capacidade oxidante e não contaminante do peróxido de hidrogênio é de reconhecida utilidade em pré-oxidação para controle de algas, precipitação de ferro e manganês, e para a oxidação de vários tipos de substâncias (orgânicas e inorgânicas) dissolvidas. 

O peróxido de hidrogênio não contém metais pesados em sua composição. 

Benefícios ao redor do mundo 

A utilização de soluções especiais e estabilizadas de peróxido de hidrogênio no tratamento de água potável, em larga escala, é relativamente recente em todo o mundo — desde o ano 2000. Países como o Canadá, Estados Unidos, França e Holanda as aplicam para a remoção de micro-contaminantes e para desinfecção. 

No Brasil, mais de 20 milhões de pessoas são beneficiadas diariamente ao consumirem água potável de estações que aplicam o peróxido de hidrogênio na pré-oxidação, controle de algas e remoção de tensoativos com o Sistema Fenton. 

Características Relevantes do Peróxido de Hidrogênio 

(Oxidante Potente, Não Contaminante e Não Persistente no Meio Ambiente) 

O peróxido de hidrogênio é considerado um produto químico limpo por não deixar elementos e resíduos persistentes no meio ambiente após a sua utilização. Essa característica decorre do mesmo estar continuamente sujeito à reação espontânea de autodecomposição: 

H₂O₂ → H₂O + ½ O₂

Liberando para o ambiente apenas água e oxigênio como resíduos finais. 

Comparado com outros oxidantes para o tratamento de água potável, verifica-se que o uso do peróxido de hidrogênio é isento de resíduos contaminantes, além de promover a redução dos níveis de THMs e não oxidar brometo a bromato. 

Matéria orgânica pode ser removida por oxidação simples e/ou avançada, dependendo da complexidade do contaminante, gerando gás carbônico e água, conforme a seguinte equação: 

C_xH_yO_z+ w (H₂O₂ ou HO^.) → a CO₂ + b H₂O 

Efluentes contendo arsênio podem ser detoxificados usando peróxido de hidrogênio e sulfato de ferro. 

As reações ocorrem como segue: 

HAsO₂ + H₂O₂ → H₃AsO₄ 

2 Fe²⁺ + H₂O₂ + 2 H⁺ → 2 Fe³⁺ + 2 H₂O

A necessidade de uma etapa oxidação vem do fato de dos compostos de As V serem muito mais insolúveis que aqueles de As III. 

Arsênio pode ser eficientemente removido de soluções aquosas por precipitação com hidróxido de lodos de arseniato férrico em tanques de agitação abertos: 

Fe³⁺ + H₃AsO₄ → FeAsO₄ (s) + 3 H⁺

Ou, não havendo Fe3+ suficiente:

3 Fe²⁺ + 2 H₃AsO₄ → Fe₃(AsO₄)₂ (s) + 6 H⁺

Alternativamente ou adicionalmente, a adição de Íons Ca 2+ (como na adição de leite de cal) ao efluente sendo tratado vai propiciar a ocorrência da reação de formação do arseniato de cálcio, também contribuindo para a remoção do contaminante:

3 Ca²⁺ + 2 H₃AsO₄ → Ca₃(AsO₄)₂ (s) + 6 H⁺ 

Redução de bromato: 

No tratamento de água para consumo humano, o peróxido de hidrogênio, além de não oxidar brometo à forma tóxica bromato, é capaz de reverter por redução o bromato que eventualmente poderia ser formado por outros pré-oxidantes de volta à forma não-tóxica de brometo, de acordo com a seguinte reação:

BrO₃^- + 3 H₂O₂ → Br^- + 3 H₂O + 3 O₂ 

Hipocloritos e outros Produtos Clorados

Efluentes ou purgas de águas tratadas com cloro ou hipoclorito necessitam ser tratados antes do lançamento no meio ambiente sob o risco de causar a ultrapassagem do muito baixo limite de cloro ativo em águas de rios de classe 1 e 2 (0,01 mg/L).

Os agentes redutores convencionalmente utilizados na eliminação do cloro são compostos de enxofre do tipo bissulfito e tiossulfato. O dificilmente evitável excesso desses compostos no tratamento apresenta como desvantagem um aumento da DQO do efluente e deve, portanto, ser eliminado antes do descarte final do efluente. 

A reação desses compostos com cloro produz como subprodutos sulfatos, acarretando também um aumento da salinidade do efluente. 

Redução com peróxido de hidrogênio 

O peróxido de hidrogênio é uma alternativa que apresenta a vantagem de não gerar subprodutos indesejáveis, uma vez que se decompõe em água e oxigênio. 

O peróxido de hidrogênio reage rapidamente com cloro/hipoclorito, segundo a reação: 

ClO^- + H₂O₂ → Cl^- + H₂O + O₂

Como nessa reação libera-se oxigênio gasoso, deve-se considerar a possibilidade de um aumento de pressão em sistemas fechados. 

A ação do peróxido de hidrogênio sobre cloraminas é lenta em temperatura ambiente, podendo ser acelerada na presença de um álcali a aproximadamente 50°C. 

R-NHCl + H₂O₂ + OH^- → R-NH₂ + Cl^- + H₂O + O₂ 

Soluções e águas residuárias de processos industriais são frequentemente contaminadas com íons ferro. Apesar da remoção desse contaminante por precipitação do hidróxido ser um processo simples e amplamente conhecido, é conveniente assegurar que todo o ferro dissolvido seja leavado ao estado de oxidação 3+, para que a precipitação seja eficiente a partir de pH = 3,5; com baixo consumo de base. 

A remoção de ferro por oxidação e precipitação com Peróxido de Hidrogênio é muito rápida, ocorrendo de acordo com a equação: 

Fe²⁺ + ½ H₂O₂ + 2 OH^- → Fe(OH)₃ (s) 

Remoção de Manganês de efluentes 

Soluções de processos e águas residuárias de processos metalúrgicos são frequentemente contaminadas com íons de manganês. 

A remoção de manganês é facilitada pela oxidação do metal do estado 2+ ao estado 4+, o que permite alcançar, em pH até 9, um alto grau de precipitação. A mesma eficiência de precipitação do hidróxido só se alcançaria em faixa de pH superior a 10. A reação que ocorre é: 

Mn²⁺ + H₂O₂ + 2 OH^- → MnO₂ (s) + 2 H₂O 

Efluentes contendo nitrito podem ser tratados com peróxido de hidrogênio, oxidando-o a nitrato, conforme a reação a seguir, de modo a assegurar que a concentração de nitrito na água do corpo receptor não ultrapasse o padrão de 1 mg/L:

NO₂^- + H₂O₂ → NO₃^- + H₂O 

Remoção de Selênio 

Águas e efluentes contendo selênio são eficientemente tratados com Peróxido de Hidrogênio e Hidróxido de Cálcio (leite de cal), levando à precipitação de selenato de cálcio de acordo com a reação: 

Ca²⁺ + SeO₃^2- + H₂O₂ → CaSeO₄(s) + H₂O

Alternativa ou adicionalmente, pode-se considerar a possibilidade de formação de precipitados de selenatos de zinco e manganês se os efluentes tratados com H2O2 contiverem esses metais. 

Sulfetos 

A geração de odores ofensivos em efluentes, esgotos domésticos e demais instalações de tratamento de águas servidas deve-se principalmente à ação de bactérias redutoras, que agem anaerobicamente sobre sulfatos presentes no meio. Em refinarias e terminais petrolíferos, as águas de produção e de processos apresentam-se contaminadas em decorrência da existência natural de sulfetos no petróleo. 

Problemas causados por sulfetos: 

Odor 

O desagradável odor ofensivo do H2S é bem conhecido e já é perceptível em concentrações a partir de 0,3 ppm. 

Em concentrações mais elevadas, o gás inibe a ação do sistema olfativo, eliminando um fator que serviria de alarme em uma situação de perigo. 

Toxicidade 

Os sulfetos constituem uma ameaça ambiental por serem venenosos à vida aquática em geral. 

O gás sulfídrico é igualmente tóxico e, em concentrações superiores a 1.000 ppm no ar, pode ocasionar a morte em poucos minutos. Irritação dos olhos e do aparelho respiratório, dores de cabeça e sensação de fadiga são sintomas de uma exposição a concentrações superiores a 5 ppm. 

Em razão de sua elevada volatilidade, o perigo representado pelo gás sulfídrico é da mesma ordem do gás cianídrico. 

Corrosão 

A corrosão provocada pelo gás sulfídrico é o fator que mais contribui para a degradação de tubulações, bombas e instalações de tratamento de efluentes / esgotos, mesmo das partes de concreto. 

Ação desfavorável sobre o tratamento biológico 

Em concentrações elevadas, os sulfetos são tóxicos ao tratamento biológico, podendo reduzir a eficiência do processo e até a inibir a atividade microbiana. Na prática, para que não ocorram perturbações da biomassa ativa, a concentração dos sulfetos não deve ser superior a 25 mg/L. E deve ser mantida a mais constante possível, pois variações que causam choques também prejudicam a atividade biológica nos processos. A presença de sulfetos no efluente favorece ainda o crescimento de bactérias filamentosas nos processos de tratamento por lodos ativados. 

Oxidação de sulfetos pelo peróxido de hidrogênio: 

O peróxido de hidrogênio promove oxidação parcial de sulfetos a compostos intermediários que não exalam mau cheiro e que podem ser tratados com aeração, eficientemente e a baixo custo. 

Sulfetos são formados conforme as seguintes reações: 

H⁺ + HS^- ↔ H₂S (Meio neutro ou ácido) 
HS^- ↔ H⁺ + S^2- (Meio básico)

Em meio básico há espécies de baixo poder corrosivo: S2- e HS-, com uma baixa concentração de H2S (menos de 1% de enxofre dissolvido). No entanto, nesta faixa de pH nem esgoto doméstico nem efluente industriais podem ser descartados em rios. 

Em meio ácido ou neutro a principal reação de oxidação do gás sulfídrico ocorre como segue:

H₂S + H₂O₂ → S(s) + 2 H₂O

Onde grande parte do sulfeto é transformado em enxofre elementar. O resto é constituído de diferentes compostos solúveis de enxofre, que de acordo com sua estrutura podem ser oxidados posteriormente. 

A reação é relativamente lenta em meio ácido, mas pode ser catalisada através de íons de metais de transição. Após a adição de ferro dissolvido (como sulfato de ferro(III)), a reação se completa em poucos minutos, mesmo em temperatura ambiente. 

Em reações em meio alcalino, a oxidação ocorre de acordo com a seguinte equação: 

S^2- + 4 H₂O₂ → SO₄^2- + 4 H₂O

Neste caso, a reação é mais rápida de que em meio ácido. À temperatura ambiente ela se conclui em poucos minutos, mesmo sem adição de catalisadores. Para evitar subprodutos, a proporção de peróxido utilizada deve ser acima da estequiométrica. 

Existem basicamente quatro maneiras práticas e economicamente viáveis de efetuar a oxidação dos sulfetos com o peróxido de hidrogênio 

• Oxidação Completa
• Oxidação Preventiva
• Oxidação Auxiliar
• Polimento

Oxidação completa 

A oxidação completa de sulfetos a sulfatos pelo peróxido de hidrogênio é usada preferencialmente em plantas com uma grande vazão de efluentes contendo sulfetos e pequena area para tratamento, ou por aquelas que ainda estão construindo seu sistema de tratamento de efluentes. 

Também pode ser usada em caso de vazamento acidental, inoperância momentâneada estação de tratamento e casos de emergência. 

Oxidação preventiva 

Quando usado como medida preventiva ao desenvolvimento de sulfetos, o peróxido de hidrogênio é primariamente usado como fonte de oxigênio inibindo o desenvolvimento de bactérias sulfato redutoras em esgotos e efluentes. A geração in situ do oxigênio dá-se por decomposição espontânea do peróxido: 

H₂O₂ → H₂O + ½ O₂

Oxidação auxiliar 

Para os casos que já efetuam parte da oxidação do efluente por meio de aeração ou injeção de oxigênio, o peróxido de hidrogênio atua como reforço, já que a pré-adição de quantidades suficientes para uma oxidação parcial do efluente imediatamente elimina o mau odor e acelera a operação de aeração subseqüente, assegurando alto grau de eficiência ao processo. 

Polimento 

Uma etapa de polimento final pode ser indicada para uma adequação do efluente às condições exigidas pelos órgãos de controle ambiental. No caso de o efluente, ao final do tratamento, ainda possuir um teor de sulfetos acima dos padrões para descarte, poderá ser adequado rapidamente com uma pequena dosagem de peróxido de hidrogênio. 

Desinfecção 

Para atender às condições legais de balneabilidade (Resolução CONAMA 274/2000), o descarte de esgotos em corpos receptores de rios e mar, em que se preveja o uso para recreação de contato primário, deve ser precedido por desinfecção visando à eliminação de coliformes termotolerantes. Para essa aplicação, a ação oxidante do peróxido de hidrogênio já funciona como primeira etapa de desinfecção, reduzindo a carga de ácido peracético PROXITANE necessária para a completa eliminação dos micro-organismos patogênicos. 

Oxidação de sulfito: 

Peróxido de hidrogênio pode ser utilizado na oxidação de sulfito, gerando água e íons sulfato conforme a seguinte reação: 

SO₃^2- + H₂O₂ → SO₄^2- + H₂O