UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADE CATARATAS FACULDADE DINÂMICA DAS CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL Missão: “Formar Profissionais capacitados, socialmente responsáveis e aptos a promoverem as transformações futuras” REDUÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DE EFLUENTES COM HERBICIDA ATRAZINA UTILIZANDO O PROCESSO FOTO-FENTON SOLAR MARISA PEREIRA DUARTE GRANDO Foz do Iguaçu - PR 2011 MARISA PEREIRA DUARTE GRANDO REDUÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DE EFLUENTES COM HERBICIDA ATRAZINA UTILIZANDO O PROCESSO FOTO-FENTON SOLAR Trabalho Final de Graduação apresentado à banca examinadora da Faculdade Dinâmica das Cataratas (UDC), como requisito para obtenção do grau de Engenheira Ambiental. Profa. Orientadora: Ms. Edneia Santos de O. Lourenço Foz do Iguaçu – PR 2011 ii TERMO DE APROVAÇÃO UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS REDUÇÃO DOS PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DE EFLUENTES COM HERBICIDA ATRAZINA UTILIZANDO O PROCESSO FOTO-FENTON SOLAR TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE BACHAREL EM ENGENHARIA AMBIENTAL Acadêmica: Marisa Pereira Duarte Grando Orientadora:Profª Ms. Edneia dos Santos de Oliveira Lourenço Nota Final Banca Examinadora: Prof(ª). Ms. Fabio Luciano Lavarda Prof(ª). Ms. Angela Claudia Rodrigues Foz do Iguaçu, 26 de novembro de 2011. iii DEDICATÓRIA “A Deus, pela vida e pelas bênçãos. Aos meus pais, Amarides e Sebastião pelo constante amor e incentivo. Ao meu marido Adalvanio e aos meus filhos Raul, Artur e Pedro, pelo apoio, amor e por compreender minhas ausências durante este período dedico... . iv AGRADECIMENTOS À União Dinâmica de Faculdades Cataratas, pela infra-estrutura e oportunidade que possibilitou minha formação acadêmica. Ao meu marido Adalvanio Rodinei Grando pelo amor, incentivo, apoio e principalmente pela compreensão neste longo período. A minha orientadora profa. Edneia dos Santos de Oliveira Lourenço por toda colaboração e apoio. Ao Ms. Diego Ricieri Manenti, o maior incentivador na realização deste projeto. A amiga Alcione Aparecida Almeida, pelo incentivo. Aos amigos Jocinei Melo, José Luiz Gonçalves da Silveira e Paulo Rubio Júnior, por estarmos juntos nesta batalha. Em especial, à minha grande amiga, Adriana Maria Tetericz, que mesmo lutando na mesma batalha, conseguiu tempo para me dar apoio e ajuda que foram fundamentais para a realização deste trabalho. A todos os professores que participaram de minha formação acadêmica, pois todos de alguma forma deram sua contribuição para a conclusão deste estudo. Enfim, a todos que direta ou indiretamente participaram deste projeto. v EPÍGRAFE “O custo do cuidado é sempre menor que o custo do reparo” Marina Silva vi GRANDO, Marisa Pereira Duarte. Redução dos Parâmetros Físico-Químicos De Efluentes com Herbicida Atrazina Utilizando o Processo Foto-Fenton Solar. Foz do Iguaçu, 2011. Projeto de Trabalho Final de Graduação - Faculdade Dinâmica de Cataratas. RESUMO O crescente aumento da população traz como consequência o aumento da produção agrícola, que para atender a demanda utiliza-se de novas tecnologias, como os defensivos agrícolas que buscam aumentar a qualidade e quantidade da produção, gerando um efluente de difícil tratamento. Neste contexto, ultimamente muitos estudos analisam a aplicabilidade de um promissor método de tratamento de efluentes, o processo oxidativo avançado (POA) foto-Fenton. Desta forma o objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência do processo foto-Fenton solar na redução dos parâmetros cor, turbidez e DQO (demanda química de oxigênio) em efluente contendo o herbicida Atrazina. Primeiramente fez-se a caracterização do efluente quanto aos parâmetros: cor, DQO, pH e turbidez, posteriormente através do planejamento experimental 23 com replicata do ponto central identificou-se as melhores concentrações de H2O2, Fe2+ e concentração de Atrazina das amostras tratadas em relação à redução da DQO. A fim de identificar o efeito do tempo de irradiação solar no tratamento do efluente, alíquotas do efluente tratado foram retiradas em 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos. O processo mostrou-se promissor, reduzindo todos os parâmetros estudados em mais de 90%. Palavras Chave: tratamento; reação de Fenton; agrotóxicos. vii GRANDO, Marisa Pereira Duarte. Reduction of physical and chemical parameters of effluents with Herbicide Atrazine using the solar photo-Fenton process. Foz do Iguaçu, 2011. Projeto de Trabalho Final de Graduação - Faculdade Dinâmica de Cataratas. ABSTRACT The growing population has as consequence the increase of agricultural production to meet demand that is used for new technologies such as pesticides that seek to increase the quality and quantity of production, creating a difficult to treat wastewater. In this context, recently many studies have analyzed the applicability of a promising method of treating wastewater, the advanced oxidation process (AOP) photo-Fenton. Thus the objective of this study was to evaluate the efficiency of solar photo-Fenton process parameters on the reduction of color, turbidity and COD (chemical oxygen demand) in waste water containing the herbicide Atrazine. First made the characterization of the effluent for the parameters: color, COD, pH and turbidity, then through the experimental design 23 to replicate the central point we identified the best concentrations of H2O2, Fe2+ and concentration of Atrazine samples treated with respect the reduction of COD. In order to identify the effect of time of irradiation in the treatment of the effluent, the treated effluent aliquots were withdrawn at 5, 10, 15, 30, 45 and 60 minutes. The process proved to be promising, reducing all parameters studied in more than 90%. Keywords: treatment; Fenton reaction; pesticides. viii LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Crescimento anual do consumo de pesticidas por tipo no Brasil.......... 17 Tabela 2 – Determinações analíticas..................................................................... 29 2+ Tabela 3 – Níveis das variáveis Fe , H2O2 e concentração inicial de Atrazina do processo FFS........................................................................................................... 30 Tabela 4 – Delineamento dos níveis das variáveis Fe2+, H2O2 e concentração de Atrazina do processo FFS....................................................................................... 30 Tabela 5 – Valores dos parâmetros físico-químicos do efluente não tratado.......... 32 Tabela 6 – Condições experimentais do processo FFS, com resultados das análises da DQO em triplicatas para (%) de redução............................................ 33 Tabela 7 – Efeito das interações entre as variáveis do processo para a redução da DQO, com nível de significância de 95% (p<5%)............................................. 35 Tabela 8 – Teste da análise de variância do modelo previsto no processo FFS para os valores de redução da DQO...................................................................... 36 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Estrutura molecular da Atrazina.............................................................. 18 Figura 2 – Processos disponíveis para o tratamento de efluentes industriais...... 20 Figura 3 – Reator do processo FFS...................................................................... 29 Figura 4 – Valores previstos (y) em função dos valores observados (x) para a redução da DQO................................................................................................... Figura 5 – Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 250 ppm de Atrazina.................................................................. Figura 6 – Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 30 mg L-1 de Fe2+....................................................................... Figura 7 – Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 600 mg L-1 de H2O2.................................................................... Figura 8 – Redução dos parâmetros físico-químicos em relação ao tempo de irradiação solar..................................................................................................... 34 36 37 38 39 x LISTA DE ABREVIATURAS Fe2+ Concentração de ferro (mg L-1) H2O2 Concentração de peróxido de hidrogênio (mg L -1) •HO Radical hidroxila •O2H Radical hidroperoxila ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária CONAB Companhia Nacional de Abastecimento DQO Demanda química de oxigênio (mg L -1) FF Processo foto-Fenton FFS Processo foto-Fenton solar IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística PE Planejamento experimental POA Processos oxidativos avançados POR Parâmetros operacionais do reator SINDAG Sindicato Nacional da Indústria de Produtos para Defesa Agrícola UV radiacao ultravioleta SUMÁRIO RESUMO................................................................................................................. vi ABSTRACT............................................................................................................. vii LISTA DE TABELAS............................................................................................... viii LISTA DE FIGURAS................................................................................................ ix LISTA DE ABREVIATURAS................................................................................... x 1 INTRODUÇÃO...................................................................................................... 13 2 REFERENCIAL TEÓRICO................................................................................... 15 2.1 PRODUÇÃO DE ALIMENTOS........................................................................... 15 2.2 AGROTÓXICOS................................................................................................ 16 2.2.1 Herbicidas...................................................................................................... 17 2.2.1.1 Atrazina........................................................................................................ 18 2.3 TRATAMENTOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS.................................................. 19 2.4 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POA'S)........................................ 21 2.4.1 Foto-fenton.................................................................................................... 22 2.5 INFLUÊNCIA DOS REAGENTES NO REATOR FOTO-FENTON SOLAR....... 23 2.5.1 Peróxido de Hidrogênio................................................................................ 23 2.5.2 Irradiação ultravioleta natural...................................................................... 25 2.5.3 pH inicial........................................................................................................ 25 2.5.4 Concentração de íons de ferro.................................................................... 26 3 MATERIAL E MÉTODOS.................................................................................... 28 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO................................................... 28 3.2 PREPARAÇÃO DO EFLUENTE........................................................................ 28 3.3 REATOR DO PROCESSO FENTON SOLAR................................................... 28 3.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL................................................................. 29 3 3.4.1 Planejamento experimental (PE) 2 fatorial completo com triplicata do ponto central.......................................................................................................... 29 3.4.2 Análise estatística......................................................................................... 31 3.4.3 Tratamento do efluente................................................................................ 31 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................ 32 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE NÃO TRATADO..................................... 32 4.2 TRATAMENTO DO EFLUENTE PELO PROCESSO FFS................................ 32 4.2.1 Planejamento experimental e análise estatística dos resultados............ 32 4.2.2 Efeito do tempo de irradiação solar............................................................ 39 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS.................................................................................. 41 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 42 13 1 INTRODUÇÃO Com as melhorias ocorridas nos últimos séculos pode-se notar um considerável aumento populacional, tanto que Malthus em sua teoria acreditava que chegaríamos a um ponto de estagnação, onde o crescimento desordenado acarretaria na falta de recursos alimentícios para a população gerando como consequência a fome. O Surgimento de tecnologias na agricultura tem sido de fundamental importância para que este cenário não se concretize. Dentro deste contexto podemos destacar o uso de agrotóxicos, que tem a função de controlar pragas fazendo com que a produção melhore em qualidade e quantidade. Apesar da necessidade de uso desses produtos químicos, eles têm grande potencial poluidor e podem ser uma ameaça se não forem tratados de maneira eficaz. Existem inúmeras campanhas que buscam orientar os agricultores quanto ao manuseio destes produtos, sobretudo da forma que devem ser lavadas e estocadas as embalagens utilizadas. Após forte campanha, atualmente grande parte dos produtores rurais realizam a tríplice lavagem nas embalagens de agrotóxicos, e a água utilizada é deposita nos pulverizadores para utilização na lavoura. Contudo, quanto á limpeza dos pulverizadores ainda surgem inúmeras dúvidas. Informativos sugerem que seja realizada a limpeza dos equipamentos logo após seu uso, mas não há uma orientação exata quanto ao descarte do resíduo da lavagem. Como normalmente o tratamento para este efluente pode ser muito dispendioso e não se tem uma fiscalização efetiva que obrigue a destinação correta na maioria dos casos ocorre o descarte deste resíduo in natura no ambiente o que pode causar sérios danos a natureza. Existem estudos que procuram tratar os efluentes gerados por esta atividade, a maior parte deles são técnicas novas que buscam uma solução eficiente para o tratamento destes resíduos, e nesta questão entram os Processos Oxidativos Avançados (POA) que têm sido alvo de muitos estudos, esses processos se destacam por sua alta eficiência na remoção de contaminantes, por ocupar menos espaço que os tratamentos convencionais e também por mineralizar as substâncias contaminantes dos efluentes com geração do radical hidroxila (OH•), gerando produtos que não são nocivos, como água e gás carbônico. 14 Dentre os POA, uma tecnologia que merece especial atenção devido a suas vantagens é a reação de Fenton, que quando unida a uma fonte de irradiação denomina-se foto-Fenton (FF). Esse processo se sobrepõe dos demais POA devido a sua alta eficiência, baixo custo e oxidação dos compostos em tempos bem menores. Este estudo tem o objetivo de avaliar a eficiência do processo FF, em escala laboratorial, com irradiação natural, para este fim avaliou-se a redução dos parâmetros cor, demanda química de oxigênio (DQO) e turbidez em efluente sintético proveniente do herbicida Atrazina. 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 PRODUÇÃO DE ALIMENTOS De acordo com Tauchert (2006) o crescimento populacional exige um aumento na produção alimentícia, que deve suprir a demanda, para que fosse possível suprir todos foram necessários que se investisse em tecnologia no campo, como a mecanização e o uso de fertilizantes químicos e substâncias que auxiliam no controle de pragas. Santos (2006) afirma que a revolução verde foi a fase onde muito se investiu intensamente em novas práticas agrícolas, que permitiram uma vasta expansão na produção agrícola nos anos 60 e 70, várias são as críticas a esta fase, tanto que Albergoni e Pelaez (2007) criticam este modelo, afirmando que a partir da década de 70 ocorreram várias crises ambientais provocadas, entre outros fatores, pelo uso intensivo de agrotóxicos. Apesar dos problemas a produção de alimentos no mundo vem crescendo desde então, e o secretário geral da ONU afirmou que a produção alimentícia precisa aumentar em 50% até 2030 para suprir a crescente demanda mundial, (KONCHINSKI, 2008). O Brasil é o terceiro maior exportador de alimentos do mundo, entre 2000 e 2008, as exportações agrícolas do Brasil cresceram 18,6%, em média, vários fatores contribuíram para o avanço da agricultura brasileira nos últimos anos, dentre eles o crescimento da produtividade das lavouras (LANDIM, 2010). O Sétimo Levantamento da CONAB (2010) para a safra 2010/2011 estima crescimento de 3,9% da área cultivada com grãos no País, que deverá chegar a 49,26 milhões de hectares, com destaque para aumento de área plantada com algodão (62,9% de acréscimo ou 525,5 mil hectares) e soja (aumento de 3,0%, que representa 697,1 mil hectares a mais). O IBGE (2011) divulgou em abril a Pesquisa Mensal de Previsão e Acompanhamento das Safras Agrícolas no Ano Civil, em relação à safra nacional de cereais, leguminosas e oleaginosas, estima-se uma produção da ordem de 155,6 16 milhões de toneladas, as três principais culturas, que somadas representam 90,8% da produção de cereais, leguminosas e oleaginosas, são o arroz, o milho e a soja, e respondem por 82,4% da área a ser colhida. A região sul do país é responsável por produzir 60,3 milhões de toneladas desse total. Para manter a produção das lavouras investe-se em diferentes tecnologias, uma delas é o uso de defensivos agrícolas, O consumo anual destes produtos no Brasil tem sido superior a 300 mil toneladas de produtos comerciais. Convertendo em quantidade de ingrediente-ativo, o consumo anual vai para cerca de 130 mil toneladas no país; representando um salto na utilização de agrotóxicos de 700% nas últimas quatro décadas, enquanto a área agrícola aumentou 78% nesse período (SPADOTTO E GOMES, 2011). 2.2 AGROTÓXICOS A lei 7802 de 11 de julho de 1989 define os agrotóxicos e afins como os produtos e os agentes de processos físicos, químicos ou biológicos, destinados ao uso nos setores de produção, no armazenamento e beneficiamento de produtos agrícolas, nas pastagens, na proteção de florestas, nativas ou implantadas, e de outros ecossistemas e também de ambientes urbanos, hídricos e industriais, cuja finalidade seja alterar a composição da flora ou da fauna, a fim de preservá-las da ação danosa de seres vivos considerados nocivos (BRASIL, 1989) A regulamentação dos agrotóxicos é dada pelo Decreto Nº 4074 de 04 de janeiro de 2002, que dispões sobre condições para produção e uso de tais substâncias, (BRASIL, 2002). Os agrotóxicos além de proteger as culturas de pragas, doenças e plantas daninhas, podem ser nocivos á saúde humana e ao meio ambiente. O uso frequente e indiscriminado pode levar a contaminações ambientais, tendo como conseqüência efeitos negativos em seres vivos aquáticos, terrestres e também em seres humanos, pelo consumo de alimentos ou água intoxicados, assim como o risco de contaminação ocupacional por trabalhadores ou produtores rurais, (SPADOTTO, 2006). 17 Segundo Silva e Fay (2004) os agrotóxicos abrangem um grande número de moléculas químicas, com diferentes modos de ação e toxicidade, sendo divididos em três grandes classes: inseticidas, fungicidas e herbicidas, havendo ainda os rodenticidas, moluscicidas e acaricidas. A Tabela 1 mostra o crescimento do consumo de pesticidas por tipo: Tabela 1 – Crescimento anual do consumo de pesticidas por tipo no Brasil: Herbicidas 5,25% Inseticidas 4,92% Fungicidas 2,34% Acaricidas 1,33% Outros (1) 5,85% Nota: (1) antibrotantes, reguladores de crescimento, óleo mineral e espalhante adesivo. Fonte: Sindag, 2007. De acordo com Bortoletto et al., (2008) a classe de agrotóxicos mais consumida pela agricultura brasileira é a dos herbicidas. Em 2008, o consumo com essa substância ultrapassou os 59% do total geral registrando demanda aproximada de 186 mil toneladas de ingrediente ativo, utilizada, principalmente, nas culturas da soja, milho e cana-de-açúcar, somando 84% do total demandado no país. 2.2.1 Herbicidas Os herbicidas são substâncias químicas capazes de selecionar populações de plantas. São os compostos mais estudados, sendo classificados em: Não seletivos, quando, dependendo de seu modo de ação, podem ser aplicados nas folhagens ou no solo; Seletivos, quando são utilizados para matar ervas daninhas, sem prejudicar o cultivo (SILVA e FAY, 2004). Um mesmo herbicida pode influenciar vários processos metabólicos na planta, a seqüência de todas as reações até a ação final do produto caracteriza o seu modo de ação. É imprescindível o conhecimento do mecanismo de ação de cada herbicida para se trabalhar com segurança, (FERREIRA et al., 2005). 18 A ação seletiva dos herbicidas inibidores da fotossíntese foi descoberta na década de 50, mas esses produtos são até hoje os mais numerosos e importantes grupos de herbicidas, com ampla utilização em diversas culturas. A introdução da Atrazina no início da década de 60 revolucionou a produção de milho, já que a partir de então um herbicida confiável para o controle de folhas largas nesta cultura estaria disponível, (OLIVEIRA JR., 2001). 2.2.1.1 Atrazina A Atrazina (2-cloro-4-etilenoamino-6-isopropilamino-1,3,5-triazina - IUPAC) é um herbicida sistêmico pertencente a classe das triazinas simétricas (striazinas), sendo amplamente utilizado como pré e pós-emergente no controle de ervas daninhas (BARREIRO, 2005). De acordo com a bula do fabricante é indicada para as culturas de cana-de-açúcar, milho e sorgo. Tapia (2004) afirma que a Atrazina é absorvida pela raiz, transportada pelo xilema e se acumula nos meristemas apicais e que seu mecanismo de ação é inibir a fotossíntese. A Figura 1 mostra a estrutura molecular da Atrazina. Figura 1: Estrutura molecular da Atrazina Fonte: Garbellini et al., 2008, adaptado. O princípio ativo deste produto apresenta uma persistência média no ambiente degradando-se pelos microorganismos do solo, apresenta deslocamento para as regiões vizinhas e tem classificação toxicológica III (medianamente tóxica) (ANVISA, 1985). Devido ao seu alto consumo em todo o mundo, a Atrazina é um dos herbicidas mais predominantes no meio ambiente (CAMPOS, 2009). A permanência 19 deste composto no solo é variável, com valores de meia-vida entre 37 dias até 3-5 anos (ARMSTRONG et al., 1967). Estudos divulgados por pesquisadores da (SNWA, 2009), em Las Vegas, revelaram níveis relativamente altos do Atrazina, suspeito de causar perturbações endócrinas. Detectaram a presença de Atrazina em águas distantes em áreas áridas dos Estados Unidos, na qual o pesticida não está em uso. O Atrazina é provavelmente o pesticida mais freqüentemente detectado em águas de abastecimento nos Estados Unidos da América e, por essa razão, passou a ser considerado importante indicador de contaminação (SANTISTEBAN, 1999 apud SANCHES et al,. 2003). Mezzari (2002) afirma que existem vários métodos que podem ser empregados em tratamentos de águas ou efluentes contendo agrotóxicos. Dentre estes podem ser citados: Adsorção em Carvão, Tratamento biológico, Processos de Oxidação (Ozônio, Peróxido de Hidrogênio, Cloro, Irradiação Ultravioleta) e POA (Fotocatálise, Reagente Fenton, Sistemas combinados de O3/H2O2/UV). 2.3 TRATAMENTOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS A NBR-9800 (ABNT, 1987) conceitua efluentes de processo industrial como despejos líquidos provenientes das áreas de processamento industrial, incluindo os originados nos processos de produção, as águas de lavagem de operação de limpeza e outras fontes. Jordão e Pessoa (1995) afirmam que os processos de tratamento de efluentes são formados, por operações utilizadas para a retirada de substâncias que degradem o meio ambiente, ou para a transformação destas substâncias em outras de forma aceitável. Braile e Cavalcanti (1993), afirmam que são quatro as formas de tratamento de efluentes sendo: físicos, químicos, físico-químicos e biológicos. Os métodos convencionais empregados para o tratamento de efluentes líquidos podem ser classificados genericamente como primários ou mecânicos, secundários ou biológicos e terciários ou físico-químicos (OLIVEIRA, 2006). A Figura 2 mostra de maneira geral os principais métodos para o tratamento de efluentes. 20 Figura 2: Processos disponíveis para o tratamento de efluentes industriais. Fonte: Rodrigues, 2001 apud Palácio, 2009. Segundo Von Sperling (2005), processos químicos são métodos de tratamento nos quais a remoção ou conversão de contaminantes ocorre pela adição de produtos químicos ou devido a reações químicas. Dentre os processos químicos utilizados no tratamento de efluentes têm-se os métodos convencionais e os POA. As técnicas de tratamento por processos avançados se destacam na maior parte das vezes, pela sua facilidade de aplicação e pela sua viabilidade econômica (BORBA, 2010). Várias técnicas de tratamentos por POA vêm sendo estudados para o tratamento de efluentes contendo Atrazina, Barreiro (2005) investigou a remoção da Atrazina pela reação de Fenton, Taucher (2006) buscou a degradação deste herbicida pelo emprego de processos avançados envolvendo ferros metálicos, Héquet et al., (2001) utilizou-se da fotólise para tratamento deste efluente, De Laat et al., (1999) comparou a eficiência dos processos Fenton, FF, fotólise com peróxido de hidrogênio e fotólise com sulfato ferroso. Os POA são considerados processos redutivos, por serem tecnologias destrutivas que geram substâncias inócuas tais como a água, o gás carbônico e íons 21 inorgânicos, com custo e operação acessíveis, tem se destacado no tratamento de efluentes contaminados por pesticidas, (ARRUDA, 2005). 2.4 PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POA) Segundo Teixeira e Jardim (2004), POA são processos de oxidação que geram radicais OH•, os quais são espécies altamente oxidantes, em quantidade suficiente para provocar a mineralização da matéria orgânica a dióxido de carbono, água e íons inorgânicos. Freire et al., (1999) evidencia que em função da crescente necessidade de procedimentos que apresentem uma maior eficiência no tratamento de efluentes, várias técnicas têm sido testadas nas últimas décadas. Os processos mais eficazes, denominados por POA, têm servido de alternativas para tratamento de compostos orgânicos recalcitrantes. A utilização de POA no tratamento de efluentes líquidos pode ter como objetivo a redução do conteúdo global da carga orgânica (DQO); destruição de poluentes específicos; tratamento de lodo; aumento da biodegradabilidade de efluentes e a remoção de cor e odor (SILVA et al., 2006). Os POA dividem-se em sistemas homogêneos e heterogêneos em que os radicais OH• podem ser gerados com ou sem irradiação ultravioleta (GROMBONI e NOGUEIRA, 2008). De acordo com Flores (2008) os processos heterogêneos ocorrem em sistema polifásico na presença de catalisadores sólidos, enquanto que os homogêneos, em apenas uma fase. Os POA mais comuns envolvem o uso de radiação UV aplicada ou não com peróxido de hidrogênio, reagentes de Fenton, ozonólise, e a fotocatálise heterogênea. As combinações destes processos oxidativos têm sido testadas como alternativas aos processos de tratamento, com muitos resultados promissores (URZEDO, 2008). 22 2.4.1 Foto-fenton (FF) O processo que combina a aplicação de radiação ultravioleta a uma reação de Fenton é chamado FF e pode produzir uma maior eficiência de degradação, pois a fotólise de peróxido de hidrogênio contribui para a aceleração na produção de OH• (TEIXEIRA e JARDIM, 2004). A oxidação de compostos orgânicos sob irradiação UV na presença de íon férrico em meio ácido foi verificada na década de 50, quando foi postulado que a transferência eletrônica iniciada pela irradiação resultava na geração de OH•, responsável pelas reações de oxidação. (NOGUEIRA et al., 2007). As reações de Fenton consistem na decomposição de peróxido de hidrogênio (H2O2) catalisado por íons ferrosos, em meio ácido, e destacam-se por apresentarem forte poder oxidante (LENTZ et al., 2009). Esse processo promove a degradação de muitos poluentes de relevância ambiental, porém a eficiência na degradação pode ser significativamente melhorada se o sistema for assistido por radiação ultravioleta ou visível (SOUZA, 2009). Para Hassemer (2006) há um aumento do poder oxidante, quando se submete o reagente de Fenton a condições de irradiação UV-Vis, reação de FF. Nas Equações 1, 2 e 3, pode ser observado a ocorrência da geração do radical hidroxila à partir da exposição do H2O2 a irradiação UV- visível, seguido da sequência de reações até a transformação de Fe3+ em Fe2+. H2O2 + hν → 2 OH• (1) [Fe3+(OH)]2+ + hν → Fe2+(aq) + OH• (2) [Fe3+ (L-)]2+ + hν → Fe2+ (aq) + L• (3) Freire et al., (1999) concluíram que o processo FF tem vantagens significativas sobre outros métodos de oxidação como H2O2/UV, O3/UV e H2O2/Fe2+, principalmente quando empregado em valores baixos de pH. Flores (2008) confirma que se o processo for utilizado em meio ácido, o peróxido de hidrogênio é um 23 poderoso agente oxidante e uma potente fonte de geração de radicais livres, porém em soluções alcalinas é estável e se decompõe em água e oxigênio molecular. Teixeira e Jardim (2004) confirmam também que a reação de Fenton é fortemente dependente do pH da solução e que somente em condições ácidas o oxidante reativo predominante é o pH. Algumas vantagens e desvantagens apresentadas pelo processo FF, estão listadas no Quadro 1: Quadro 1 – Vantagens e desvantagens do processo FF VANTAGENS Reagentes atóxicos de simples e fácil transporte. DESVANTAGENS Possível geração de lodo contaminado. Sistemas homogêneos de fácil integração a outros processos. Necessidade de acidificação do efluente antes do processo (pH inicial < 4). Operação simples de baixo custo de implantação e operacional. Adição de íons Fe2+ ao efluente e sua posterior remoção. Pode ser utilizada energia solar como fonte de irradiação. Aumento da salinidade do efluente pela geração de lodo (hidróxido férrico). Geração de radical adicional em relação ao Fenton. Ação não prolongada, já que e limitada pelo término do peróxido. Baixa concentração de íons de ferro Requer capacitação para a otimização das variáveis. Fonte: Sassano, 2008 Almeida (2010) em seu estudo tratando efluente de pintura na construção civil pelos processos FF e FFS atingiu reduções de até 96,6% da DQO, 100% de turbidez e 100% na descoloração pelo projeto FFS, concluindo ser este o processo mais vantajoso. Borba (2010) tratando efluente de curtume pelos processos FF, FFS e eletrofloculação verificou maior eficiência na redução dos poluentes pelo FF, alcançando reduções de 98,1, 96,4 e 98,8 %, para valores da DQO, cor e turbidez. Manenti (2011) obteve valores próximos a 100% de redução dos parâmetros físico-químicos DQO, cor e turbidez, nos processos FF e FFS para tratamento de efluente real de indústria têxtil. Silva (2007), comparando os processos FF, H2O2/UV, TiO2/UV e H2O2/ TiO2/UV na remoção da matéria orgânica de efluente de indústria de, obteve os 24 melhores resultados de remoção de DQO pelo processo FF, chegando a mais de 70% de redução.. Santos et al., (2009) tratando líquido percolado gerado em aterro sanitário por processo FF combinado ao processo biológico anaeróbio, alcançou eficiência de remoção percentual de DQO de até 88 %. Borba et al., (2008) em seu estudo para aplicação do processo FF no tratamento de efluente madeireiro, concluiu que o processo demonstrou alta eficiência na redução dos parâmetros físico-químicos, obtendo até 88% de redução da DQO. 2.5 INFLUÊNCIA DOS REAGENTES NO REATOR FFS 2.5.1 Peróxido de Hidrogênio O peróxido de hidrogênio é um dos oxidantes mais versáteis que existe superior ao cloro, dióxido de cloro e permanganato de potássio; através de catálise, H2O2 pode ser convertido em OH• com reatividade inferior apenas ao flúor (MATTOS, et al., 2003). Como os radicais OH• possuem um elevado poder de oxidação dos compostos orgânicos é importante determinar a concentração ideal do peróxido de hidrogênio na reação, pois caso isto não ocorra pode acontecer a formação de produtos intermediários não desejados, (KOLTHOFF & MEDALIA, 1949 apud BORBA, 2010). Park et al., (2006) ressalta que esse efeito negativo pode ser explicado pelo excesso do reagente, provocando uma reação entre o peróxido de hidrogênio em excesso com os radicais hidroxilas livres. O resultado e a produção do radical hidroperoxila (•O2H), que não contribui para a degradação dos compostos orgânicos, além do que, o radical radical •O2H reage com o radical OH• formando em sua reação moléculas de H2O e de O2, nao ocorrendo com isso a formação dos radicais OH•. H2O2 + OH• •O2H + H2O (4) 25 •O2H + OH• H2O + O2 (5) Manenti et al.,(2009) relata que obteve melhores resultados no tratamento de efluentes de indústria de processamento de subprodutos de alimentos pelo processo FFS com valores mais altos de H2O2. O excesso de peróxido de hidrogênio leva a reações competitivas que causam um efeito inibidor para a degradação, assim é importante que se determine a quantidade ótima de peróxido, para que se evite o excesso que pode prejudicar o processo (ALBUQUERQUE, 2005). Legrini et al. (1993) apud Teixeira e Jardim (2004) citam que a taxa de oxidação química do poluente é limitada pela taxa de formação dos radicais OH• , que é dependente da matéria orgânica presente e da quantidade de oxidante adicionado ao sistema, assim se o H2O2 estiver em excesso, vai diminuir a eficiência da reação fotocatalítica. 2.5.2 Irradiação ultravioleta natural De acordo com Oliveira et al., (2001) a maior fonte de radiação UV é o sol, porém, ela é produzida também por fontes artificiais, A radiação UV, oriunda do sol, chega à superfície da terra com comprimentos de onda de 280 a 380nm. Segundo Mota et al., (2005) o processo FF tem se destacado entre os demais POA que utilizam a luz em sua reação, pois tem a vantagem de ser sensível à luz UV visível para comprimentos de onda maiores do que 300 nm, possibilitando a utilização de luz solar ou de lâmpadas que emitem UV nesta faixa. A radiação UV pode ser usada na destruição de compostos em processos fotoquímicos, os radicais OH• podem ser formados através da adição de oxidantes, sem irradiação UV, contudo com o uso deste recurso combinado aos oxidantes, aumenta-se a eficiência dos processos, (TEIXEIRA e JARDIM, 2004) Trovó et al., (2005) observaram em seu experimento no tratamento de água de lavagem de vasilhames dos herbicidas Combine e Herburon pelo processo foto-Fenton, que não houve degradação dos compostos quando na presença de 26 irradiação e ausência de reagentes, assim como na presença dos reagentes e ausência de irradiação. Miranda (2003), conclui após sua pesquisa com herbicida Atrazina que a Atrazina é degradada via radiação UV, e que para conversão de 90% da Atrazina foram necessários 30 minutos de fotólise direta. 2.5.3 pH inicial Manenti (2011) evidencia que as condições do pH inicial em meio ácido garantem que os componentes orgânicos e os óxidos férricos permaneçam em solução, resultando na insignificante formação de precipitado e, consequentemente, não perdendo valores de matéria orgânica por simples transferência de fase. Chang (2008) afirma que o sistema fenton tem sido empregado para se decompor diferentes poluentes, contudo as reações só são possíveis em meio ácido, para que haja a solubilidade do ferro. O pH do meio é um parâmetro muito importante em reações do tipo Fenton, pois o Fe 3+ é solúvel em água somente em valores de pH abaixo de 3 (AGUIAR et al., 2007). Em estudos sobre o efeito da variação do pH na reação FF, Bortoti et al., (2010) concluíram que em experimentos de fotodegradação o pH do meio possui papel fundamental na velocidade de degradação. 2.5.4 Concentração de íons de ferro Santos (2008) observou que o ferro é responsável por catalisar a decomposição do peróxido de hidrogênio para a geração do radical OH•, sendo assim, concluiu também que o aumento da velocidade de consumo do peróxido de hidrogênio pelo sistema está diretamente relacionado com a quantidade de ferro presente, desde que a quantidade de luz fornecida ao meio seja constante. Sanz et al., (2003) considera que o excesso de ferro no processo FF prejudica a reação, pois a adição do reagente deixa o efluente opaco, afetando a 27 incidência de radiação, e conclui que há um valor ótimo para adição deste reagente pois, a taxa de remoção do substrato aumenta até alcançar um valor onde a adição de mais ferro não altera a velocidade de reação. Gromboni et al. (2007) averiguaram que os íons Fe3+ formados em função da oxidação dos íons Fe 2+ são responsáveis pela formação de radicais oxidantes adicionais, promovendo maior eficiência de degradação dos compostos orgânicos em função da fotólise do ferro, demonstrando que pouca concentração de Fe2+ pode apresentar elevada eficiência quando submetido à irradiação UV. Borba (2010) concluiu em seu estudo, sobre tratamento de efluente de curtume pelo processo FFS que a ação do Fe 2+ exerce influência significativa na eficiência do processo para a remoção da DQO, apresentando efeito positivo para os termos lineares. 28 3 MATERIAL E MÉTODOS 3.1 CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO Todos os experimentos e análises foram realizados no Laboratório de Química e Saneamento da União Dinâmica de Faculdades Cataratas (UDC), em Foz do Iguaçu - PR. 3.2 PREPARAÇÃO DO EFLUENTE O efluente sintético utilizado foi preparado utilizando-se Primólio® que é composto por 6-chloro-N2-ethyl-N4-isopropyl-1, 3,5-triazine-2-4-diamine, 400 g L-1 de concentração de Atrazina e 660 g L-1 de compostos inertes l, o produto é de fabricação da Syngenta Corp Protection inc. A preparação do efluente foi realizada pela diluição em água destilada de Atrazina em concentrações de 50 ppm, 150 ppm e 250 ppm, posteriormente acondicionado em galões de polietileno de alta densidade, mantido a temperatura ambiente e hermeticamente fechado até a realização dos experimentos e análises. 3.3 REATOR DO PROCESSO FENTON SOLAR Para o tratamento do efluente foi montado um reator fotoquímico em escala laboratorial, constituído de um agitador magnético (FISATON – 752), responsável por homogeneizar o efluente, auxiliando ainda na incidência da irradiação em toda a amostra e um béquer de borossilicato com volume máximo de 250 mL disposto em ambiente natural, utilizando a luz solar como fonte de irradiação. O reator é apresentado na Figura 3. 29 Figura 3: Reator do processo FFS 3.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Realizaram-se análises de DQO, cor e turbidez, segundo as metodologias descritas no Standard Methods (APHA, 2005), no efluente bruto de acordo com as determinações e unidades apresentadas na Tabela 2. Tabela 2 – Determinações analíticas PARÂMETRO UNIDADE DETERMINAÇÃO 1 -1 DQO ( ) mg L Refluxo fechado / método colorimétrico Cor Pt-Co Espectofotometria a 420 nm 2 Turbidez UNT ( ) Nefelométrico pH Potenciometria Notas: (1) Demanda química de oxigênio, (2) Unidade nefelométrica de turbidez 3.4.1 Planejamento experimental (PE) 23 fatorial completo com triplicata do ponto central A fim de se obter as condições ótimas dos parâmetros operacionais do reator (POR) do processo FFS fez-se o PE, segundo Barros et al. (2007), Os níveis 30 das variáveis do processo foto-Fenton solar foram determinados a partir de testes experimentais, realizados em laboratório onde estas concentrações de reagentes e Atrazina apresentaram bom resultados. Os níveis adotados estão descritos na Tabela 3. Tabela 3 – Níveis das variáveis Fe2+, H2O2 e concentração inicial de Atrazina do processo FFS. Variáveis NÍVEIS Coeficientes -1 0 mg L -1 0 mg L 50 ppm q1 q2 q3 H2O2 2+ Fe C0 (Atrazina) ● -1 300 mg L -1 15 mg L 150 ppm + -1 600 mg L -1 30 mg L 250ppm O PE com as variáveis H2O2, Fe2+ e concentração de Atrazina com níveis diferenciados de valores propõe uma interação destes, podendo utilizar-se dos resultados obtidos para identificar condições ideais dos parâmetros operacionais do reator (POR). Seguindo a metodologia adotada foram realizados 11 experimentos. Identificada a interação a ser realizada entre os reagentes e a concentração da Atrazina iniciou-se a realização dos experimentos. O delineamento experimentos é apresentado na Tabela 4. Tabela 4 – Delineamento dos POR do processo FFS. CONDIÇÕES EXPERIMENTAIS Experimentos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 H2O2 mg L-1 + + + + ● ● ● Fe2+ mg L-1 + + + + ● ● ● Co Atrazina + + + + ● ● ● dos 31 3.4.2 Análise estatística Para determinar as condições ótimas operacionais do reator com confiabilidade cientifica, os resultados obtidos no PE foram analisados estatisticamente. Esta análise compreende análise de variância (ANOVA), onde se testou o efeito das interações entre as variáveis, a previsão do modelo estatístico de quarta-ordem, seguido da metodologia das superfícies de resposta. Para obtenção destas respostas utilizou-se o software Statística ® (STATSOFT, 2007). Com o resultado da análise estatística pode-se identificar a interação das variáveis e a significância que possuíam em relação à redução da DQO do efluente tratado. 3.4.3 Tratamento do efluente Nos experimentos do procedimento FFS, foi adicionado ao reator um volume total de 200 mL, este volume era compreendido por efluente bruto, H2O2 (333.000 mg L-1) e Fe2+ (10.000 mg L-1). O efluente foi tratado mantendo-se o pH fixo em 3, ajustando-se o pH quando necessário com H2SO4. Considerou-se as quantificações de reagentes conforme descrito na etapa de PE, e desta acrescentou-se efluente até o volume final de 200 mL. Sendo imediatamente encaminhado até o reator onde permaneceu por 120 minutos. Posteriormente, com as condições ótimas dos reagentes, o efluente foi levado a tratamento para determinar o tempo ótimo de irradiação UV e realizados experimentos nos tempos de 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos. Seguido ao tratamento dos efluentes, as amostras eram filtradas com auxílio de filtro de pressão a vácuo (PRISMATEC) e membrana 47 mm, após filtração foram realizadas novamente as análises físico-químicas para verificar a eficácia do processo, sequencialmente as amostras foram encaminhadas ao refrigerador onde permaneciam à temperaturas de 1°C a 4°C. 32 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE NÃO TRATADO Os resultados da caracterização do efluente não tratado são apresentados na Tabela 05. Tabela 5 – Valores dos parâmetros físico-químicos do efluente não tratado. PARAMETRO DQO DQO DQO Cor Cor Cor Turbidez Turbidez Turbidez pH pH pH CONCENTRAÇÃO ATRAZINA 50 ppm 150 ppm 250 ppm 50 ppm 150 ppm 250 ppm 50 ppm 150 ppm 250 ppm 50 ppm 150 ppm 250 ppm VALORES/ UNIDADE -1 150,85 mg L 472,28 mg L-1 760,85 mg L-1 12,5 Pt-Co 50 Pt-Co 75 Pt-Co 34,84 UNT 94,9 UNT 578 UNT 6,3 6,3 6,3 Realizou-se a caracterização do efluente bruto para posterior comparação com o efluente tratado, podendo assim ser verificada a eficácia do processo. 4.2 TRATAMENTO DO EFLUENTE PELO PROCESSO FFS 4.2.1 Planejamento experimental e análise estatística dos resultados Na Tabela 6 estão apresentados os resultados obtidos após determinação analítica da DQO, os parâmetros cor e turbidez foram avaliados somente no efluente tratado nas condições ótimas dos POR.( H2O2, Fe2+ e C0 de Atrazina). 33 Tabela 6 – Condições experimentais do processo FFS, com resultados das análises da DQO em triplicatas para (%) de redução. Experimento H2O2 mg L -1 2+ Fe mg L -1 C0 ppm Redução da DQO (%) a b c 1 0 0 50 33,14 25,12 29,47 2 600 0 50 n.d. n.d. n.d. 3 0 0 250 70,97 68,91 69,85 4 600 0 250 23,84 23,84 41,12 5 0 30 50 41,66 66,29 63,45 6 600 30 50 n.d. n.d. n.d. 7 0 30 250 76,23 78,11 76,04 8 600 30 250 91,75 90,89 92,00 9 300 15 150 58,08 50,82 53,24 10 300 15 150 58,68 53,75 57,62 15 150 58,38 55,36 56,87 11 300 Notas: n.d. – não determinado De acordo com os dados da tabela 6, as reduções da DQO variaram de 0 a 92% de redução, ultrapassando os resultados obtidos por Silva (2007), que tratando efluente de indústria de celulose por POA, alcançou mais 70% de remoção de DQO, pelo processo FF também por Santos et al., (2009) que tratando líquido percolado gerado em aterro sanitário por processo FF combinado ao processo biológico anaeróbio, alcançou eficiência de remoção percentual de DQO de até 88 % e por Borba et al., (2008) que no tratamento de efluente madeireiro por processo FF, obteve 88% na redução da DQO. Nos experimentos 2 e 6 não foi determinada porcentagem de redução pelo fato de a DQO mostrar-se maior após tratamento, isso se deve ao fato de que a quantidade de peróxido de hidrogênio adicionada para tratamento que mostrou-se excessiva para a de taxa de produto orgânico contida no efluente, o que é confirmado por Legrini et al. (1993) apud Teixeira e Jardim (2004) que citam que a taxa de oxidação química do poluente é limitada pela taxa de formação dos radicais OH• , que é dependente da matéria orgânica presente e da quantidade de oxidante adicionado ao sistema, assim se o H2O2 estiver em excesso, vai diminuir a eficiência da reação fotocatalítica. Baseado nos resultados da eficiência do processo FFS relativo à redução da DQO influenciada pelas ações das variáveis dos POR, foi proposto um modelo em termos lineares e as interações dos coeficientes, de acordo com a Equação (4). 34 N N N i 1 i 1 j 1 N N N N N R a 0 ai q j bij qi q j wijk qi q j q k vij qi2 q 2j i 1 j 1 k 1 (4) i 1 j 1 Notas: R = resposta experimental, q = o valor dos parâmetros operacionais do reator ajustado (POR), a0 = constante, a = coeficiente dos termos lineares ajustados, N = número do POR, b, w e v = coeficientes associados com as interações lineares e quadráticas entre os valores dos POR ajustados. Este modelo apresentou bom ajuste dos valores previstos em função dos valores observados para a redução da DQO (R2 = 0,97). O resultado pode ser melhor observado na Figura 4, a qual apresenta os valores previstos pelo modelo e os valores observados experimentalmente. Figura 4: Valores previstos (y) em função dos valores observados (x) para a redução da DQO. As respostas referentes aos valores da DQO possibilitaram o desenvolvimento de um modelo estatístico, desta vez não somente com ajuste linear, mas também quadrático dos coeficientes com os valores dos padrões operacionais do reator. Na Tabela 7 pode-se observar o efeito das interações entre as variáveis do processo foto-Fenton solar em relação ao resultado da redução de DQO. 35 Tabela 7 – Efeito das interações entre as variáveis do processo para a redução da DQO, com nível de significância de 95% (p<5%). Ação dos parâmetros q0 q1 q2 q3 q1 x q2 q1 x q3 q2 x q3 Coeficiente Valores a0 a1 a2 a3 a12 a13 a23 44,12 - 11,97 14,10 24,69 1,49 5,70 3,22 Desvio padrão texp. p-valor 2,52 2,96 2,96 2,96 2,96 2,96 2,96 17,45 - 4,04 4,75 8,33 0,50 1,92 1,08 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,64 0,14 1,08 Observa-se na tabela acima que 57,14% das interações entre as variáveis de processo em termos lineares e quadráticos tiveram influência significativa (p < 0,01%), ou seja, são significativos a 99% na eficiência do processo na redução da DQO. O efeito positivo em relação aos níveis de concentração dos reagentes 2+ Fe e Atrazina (a2 e a3>0) sugerem que a melhor eficiência do processo é alcançada com maiores concentrações destes reagentes, confirmando o relatado por Borba (2010) que conclui que a ação do Fe2+ exerce influência significativa na eficiência do processo FFS para a remoção da DQO, apresentando efeito positivo para os termos lineares. Observa-se ainda efeito o negativo (a1<0,00) quando comparado ao nível de H2O2. Este resultado demonstra tendência de que a melhor eficiência do processo FFS na redução de DQO ocorre quando o efluente é submetido a tratamento com concentrações menores deste reagente, o que contraria o descrito por Manenti et al.,(2009) que obteve melhores resultados no tratamento de efluentes de indústria de processamento de subprodutos de alimentos pelo processo FFS com valores mais altos de H2O2. Contudo acredita-se que esta tendência a utilização de concentrações menores de peróxido de hidrogênio seja em consequência de que as concentrações menores de Atrazina não responderam bem ás concentrações mais altas de H2O2. Para validar o ajuste do modelo proposto pelos resultados obtidos, à significância dos efeitos entre os POR e suas possíveis ações combinadas foram averiguadas através da análise de variâncias (ANOVA). Os resultados da análise de variância são apresentados na Tabela 8. 36 Tabela 8 - Teste da análise de variância do modelo previsto no processo FFS para os valores de redução da DQO. Parâmetro DQO Fonte de variação Soma dos quadrados Regressão Resíduo Total 9.205,539 210,757 9.416,296 Grau de Média dos liberdade quadrados 7 3 10 1.315,07 70,25 F Cal 18,72 Tab 4,35 Nível de significância (%) <0,01 A analise da ANOVA mostrou que o modelo previsto (Equação 4) é valido no intervalo de confiança de 95% ou mais, resultando em uma reprodução muito boa das respostas experimentais conforme apresentado na Tabela 8. A análise da ANOVA apresentou nível de significância de 99,99%, quando o mesmo foi calculado na proporção do erro da média quadrática devido a regressão e aos resíduos, sendo < 0,01. Ou seja, o fator resultante da analise (Fcalculado) deve ser maior que o fator de Student (Ftabelado), considerando os graus de liberdade referentes aos parâmetros significativos (regressão) e aos resíduos. Sendo o Fcalculado (18,72) > Ftabelado (4,35), podemos afirmar que os valores das respostas experimentais (R) resultaram em uma reprodução muito boa dos dados, apresentando os valores dos POR que tem influência significativa na redução da DQO. Estes resultados podem ser mais bem visualizados quando em função das respostas (R) obtidas nos 11 experimentos do PEC foram construídos os gráficos 3-D utilizando o modelo estatístico proposto. A Figura 5 demonstra a interação entre ferro e peróxido de hidrogênio, quando fixado o valor ótimo da concentração de Atrazina. Figura 5: Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 250 ppm de Atrazina para 120 minutos de tratamento. 37 A Figura 5 demonstra a interação entre o peróxido de hidrogênio (H2O2) e o ferro (Fe2+), estando à concentração de Atrazina fixa no valor ótimo determinado na analise estatística. Observa-se que houve melhores respostas para altas concentrações dos reagentes, ocorrendo reduções significativas de DQO, alcançando-se mais de 90% de redução. Quando nas concentrações mínimas dos reagentes, nota-se que também houve reduções relevantes na DQO, obtendo-se reduções de aproximadamente 70%, sem a adição de H2O2 ou Fe2+, somente na ação da irradiação UV, o que comprova o descrito por Miranda (2003), que concluiu após sua pesquisa com herbicida Atrazina que a mesma é degradada via radiação UV, alcançando 90% de redução no herbicida por fotólise direta. A Figura 6 demonstra a interação entre peróxido de hidrogênio e a concentração de Atrazina para a concentração ótima de ferro. Figura 6: Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 30 mg L-1 de Fe2+ para 120 minutos de tratamento. Na Figura 6, fixou-se o valor de Fe2+, podendo observar que, quanto maior é a concentração de Atrazina maior é a redução da DQO, nota-se ainda que, na maior concentração de Atrazina, obteve-se respostas satisfatórias para todas as concentrações de H2O2, porém alcançando-se melhores resultados nas concentrações mais altas, as reduções obtidas sem a adição de peróxido também mostraram-se satisfatórias, alcançando mais de 70% de redução, o que condiz com 38 o descrito por Gromboni et al. (2007) que averiguaram que os íons Fe3+ formados em função da oxidação dos íons Fe 2+ são responsáveis pela formação de radicais oxidantes adicionais, promovendo maior eficiência de degradação dos compostos orgânicos em função da fotólise do ferro, demonstrando que pouca concentração de Fe2+ pode apresentar elevada eficiência quando submetido à irradiação UV. A Figura 7 demonstra a interação entre ferro e a concentração de Atrazina para a concentração ótima de peróxido de hidrogênio. Figura 7: Superfície de resposta em relação à redução da DQO, mantendo-se como constante 600 mg L-1 de H2O2 para 120 minutos de tratamento. A Figura 7, demonstra a interação entre o Fe 2+ e a concentração de Atrazina, fixando o valor do H2O2, pode-se averiguar que os melhores resultados tendem para valores maiores de ferro e concentração de Atrazina, mostrando que a quantidade de peróxido de hidrogênio usada não é condizente com a quantidade de produto orgânico presente nas concentrações menores de Atrazina, confirmando o descrito por Park et al., (2006) que ressalta que esse efeito negativo pode ser explicado pelo excesso do reagente, provocando uma reação entre o peróxido de hidrogênio em excesso com os radicais hidroxilas livres. O resultado e a produção do radical hidroperoxila (•O2H), que não contribui para a degradação dos compostos orgânicos, além do que, o radical hidroperoxila reage com o radical hidroxila 39 formando em sua reação moléculas de H 2O e de O2, nao ocorrendo com isso a formação dos radicais hidroxila. 4.2.2 Efeito do tempo de irradiação solar Com o reator operando nas condições ótimas, alíquotas do efluente tratado eram retiradas em 5, 10, 15, 30, 45 e 60 minutos nesta fase, a fim de testar o tempo de exposição à irradiação UV natural, nas reduções de cor, turbidez e DQO, para 600 mg L-1 de H2O2 e 30 mg L-1 de Fe2+, pois nestas faixas obteve-se a melhor redução da DQO, o pH inicial foi ajustado a 3. A Figura 8 apresenta o gráfico com a interação entre a redução dos parâmetros DQO, cor e turbidez em relação ao tempo de irradiação solar. Figura 8: Redução dos parâmetros físico-químicos em relação ao tempo de irradiação solar. Nota-se na figura 8 que a cor mantêve-se estável nos primeiros 15 minutos de reação, aumentando gradativamente e alcançando o niveis máximos de 40 redução após 45 minutos, ultrapassando descoloração de mais de 80% com este tempo e chegando a mais de 90% aos 120 minutos. A turbidez apresentou uma velocidade maior na redução, ultrapassando 90% de redução após 5 minutos de reação, praticamente estabilizando próximo a 100% de redução após 45 minutos. Para a DQO, que é o parâmetro mais persistente, observa-se maior variação nos resultados, obtendo-se em média 40% de redução de 5 a 30 minutos, ultrapassando 50% entre 45 e 60 minutos, alcançando o nível máximo de redução aos 120 minutos com 92% de redução. Sendo assim, é de 120 minutos o melhor tempo de exposição do reator a irradiação solar, pois é onde ocorreu a maior redução de DQO, contudo há de se considerar que não houve estabilização nos valores, sendo necessário que se faça análises em tempos maiores, até a completa estabilização dos valores. Os valores obtidos são condizentes com os obtidos por Almeida (2010) que tratando efluente de pintura na construção civil pelo processo FFS atingiu reduções de até 96,6% da DQO, 100% de turbidez e 100% na descoloração. Borba (2010) tratando efluente de curtume pelo processo FF, alcançou reduções de 98,1, 96,4 e 98,8 %, para valores da DQO, cor e turbidez. Manenti (2011) obteve valores próximos a 100% de redução dos parâmetros físico-químicos DQO, cor e turbidez, utilizando o processo FFS para tratamento de efluente de indústria têxtil. 41 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados obtidos neste estudo mostraram que o processo FFS é eficaz no tratamento de efluentes contendo herbicida Atrazina, quando considerado a redução da cor, turbidez e DQO. Pode-se identificar ainda que o processo FFS é indicado para a redução dos parâmetros cor, DQO e turbidez e que as condições ótimas de operação do reator são de 30 mg L-1 de Fe2+, 600 mg L-1 de H2O2 e 250 ppm de concentração de Atrazina. O processo foi considerado eficiente para os objetivos propostos, esperase então em trabalhos futuros realizar a análise de degradação do contaminante, a avaliação toxicológica do efluente; testar a eficácia de processos combinados e avaliar o processo em efluente real considerando custos de instalação, mão de obra e acidificação do efluente. Para assim avaliar a incorporação do processo como parte dos sistemas indicados para o tratamento de efluente contendo herbicida Atrazina. 42 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AGUIAR, André; FERRAZ, André; CONTRERAS, David; RODRIGUEZ, Jaime. Mecanismo e aplicações da reação de fenton assistida por compostos fenólicos redutores de ferro. Quím. Nova vol.30 no.3 São Paulo May/June 2007. Disponível em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S010040422007000300023&script=sci_arttext>. Acesso em 25 de abril de 2011. ALBERGONI, Leide; PELAEZ, Victor. Da Revolução Verde à agrobiotecnologia: ruptura ou continuidade de paradigmas? Revista de Economia, Vol. 33, No 1, 2007. Disponível em: <http://ojs.c3sl.ufpr.br/ojs2/index.php/economia/article/viewArticle/8546>. Aceso em: 12 de abril de 2011. ALBUQUERQUE, Liana Filgueira. Estudo da Oxidação do Metabissulfito de Sódio Contido no Efluente da Carcinicultura. UFRN, Natal, 2005. 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