Tratamentos para águas contaminadas

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TÓPICO 2. Tratamentos avançados para águas contaminadas.
INTRODUÇÃO
Um dos maiores desafios do século 21 seria garantir um suprimento incessante de água potável segura e ar limpo para respirar para milhões de pessoas em todo o mundo. A principal preocupação nisso não é a depleção deles (ar e água), mas o dano indiscriminado que está sendo feito a eles sob o pretexto de desenvolvimento industrial. O dia em que eles se tornarão commodities raras não está longe.
Estimativas apontam que, até 2050, a população mundial deve ultrapassar os nove bilhões e as populações urbanas deverão dobrar. Essa tendência crescente da população não está alinhada com o crescimento urbano e sustentável. As novas tecnologias levam a resíduos mais novos e mais tóxicos; esses resíduos levam períodos mais longos para se decompor, e na maioria das vezes os resíduos tóxicos são profundamente enterrados no oceano ou no solo. Novas tecnologias estão sendo pesquisadas todos os dias, mas houve muito pouco desenvolvimento no campo do tratamento de resíduos. 
A crescente utilização de compostos químicos em conjunto com a baixa eficiência dos sistemas de coleta e tratamento de efluentes domésticos e industriais para novos poluentes, têm contribuído para o aumento significativo de contaminantes encontrados em águas superficiais e águas subterrâneas.
Tem-se aproximadamente 100 tipos de substâncias detectadas no meio aquático, como lagos e águas costeiras. Entre essas incluem-se estradiol, ibuprofeno, antidepressivos como Prozac (Fluoxetina), a droga antiepilética carbamazepina, e por vezes produtos de degradação associados aos medicamentos redutores de colesterol.
Visando a remoção destes compostos dos corpos d´água, faz se necessária a utilização de processos de tratamento mais apropriados, como, por exemplo, os processos oxidativos avançados (POAs),.....
DESENVOLVIMENTO
FONTES DE POLUIÇÃO
Há muitas fontes de poluição da água, mas dois tipos gerais existem; fontes de contaminantes diretas e indiretas. As fontes diretas incluem emissões de efluentes de indústrias, refinarias, estações de tratamento de resíduos, etc. As fontes indiretas incluem contaminantes que entram no abastecimento de água a partir de solos/sistemas de água subterrânea e da atmosfera através da água da chuva. Solos e águas subterrâneas contêm resíduos de práticas agrícolas humanas (fertilizantes, pesticidas, etc.) e contaminantes atmosféricos que vêm de várias práticas humanas (como emissões gasosas de automóveis, fábricas, etc.). 
MODOS DE TATAMENTO DE ÁGUA
Existem várias formas de tratar as águas residuais com base no tipo de contaminantes. Esses diversos métodos de tratamento podem ser convenientemente classificados em:
(i) métodos físicos,
(ii) métodos químicos,
(iii) combinação de métodos físicos e químicos,
(iv) métodos biológicos.
A seleção de um processo específico depende da capacidade de autodepuracão dos córregos; níveis permitidos de poluentes nos corpos d'água e interesses econômicos tanto das municipalidades quanto das indústrias. Dependendo do modo de descarga do resíduo e da natureza dos constituintes presentes nele, a maioria dos tratamentos é baseada em tecnologias convencionais, como equalização, neutralização, tratamento físico, tratamento químico e tratamento biológico.
É desejável ter uma série de tecnologias de tratamento de água para limpar pelo menos parte dela para servir aos seguintes propósitos, embora seja certo que a água tratada não pode ser tão segura e pura como água fresca para fins potáveis.
AQUI VALE UMA DISCUSSÃOZINHA SORBE AGUA POTÁVEL X AGUA SEGURA
A maioria dos processos de tratamento de águas residuais não pode responder eficazmente às variações diurnas, sazonais ou de longo prazo na composição das águas residuais. Um processo de tratamento que pode ser eficaz no tratamento de águas residuais durante uma época do ano pode não ser tão eficaz no tratamento de águas residuais durante outra época do ano. Algumas das principais preocupações com a água tratada para reutilização são: (i) quão confiáveis são os métodos de tratamento para que a água tratada possa ser reutilizada para o propósito pretendido, se não diretamente para o consumo humano como água potável, (ii) quão segura é a água para proteger a saúde pública, (iii) até que ponto a água tratada é aceita pelo público.
CONTAMINANTES
Os poluentes na água incluem um amplo espectro de produtos químicos, patógenos, com diferentes características físico-químicas ou alterações sensoriais.
Em geral, os contaminantes se enquadram em duas classes amplas, ou seja, orgânicos e inorgânicos. Alguns poluentes orgânicos da água incluem solventes industriais, compostos orgânicos voláteis, inseticidas, pesticidas, corantes e resíduos de processamento de alimentos, etc. 
Os poluentes inorgânicos da água incluem metais pesados, Substâncias químicas inorgânicas diversas: Como cloreto, fluoreto, sulfato, nitrato, fosfato, bicarbonato, que podem ser encontradas naturalmente na água ou introduzidas através de atividades humanas, como descarga de efluentes, mineração e uso de fertilizantes.
Entres os contaminantes, pode-se destacar os contaminantes emergentes Os chamados contaminantes emergentes (CEs) contemplam novos poluentes que, até alguns anos atrás, não eram detectados, ou eram considerados de baixo risco ao meio ambiente e não possuíam regulamentação. Entre esses poluentes, podemos citar: resíduos farmacêuticos, desreguladores endócrinos, plastificantes, pesticidas, produtos de higiene pessoal, entre outros. Também são classificados como bioacumuláveis em vários seres vivos, incluindo os humanos. 
E uma classe especial Poluente Organicos Persistentes (POPs), químicos que possuem elevado potencial de transporte à longas distâncias, elevada persistência no ambiente, capacidade de se bioacumilar e interagir com o sistema endócrino [3–5] do meio. Exemplos de POPs incluem pesticidas organoclorados, como o DDT (diclorodifeniltricloroetano), bifenilos policlorados (PCBs), dioxinas e furanos.
Quando presentes nas biotas aquáticas, esses poluentes podem sofrer fotodegradações, biodegradações ou bioacumulações, podendo causar alterações no ecossistema como desenvolvimento de resistência bacteriana, alterações hormonais, modificações no DNA, supressões de anticorpos e diversos outros problemas ao meio ambiente
Contaminação de águas subterrâneas
Pode-se dizer que a humanidade somente se preocupou com a poluição de águas de rios e lagos, de forma que a contaminação de águas subterrâneas não foi reconhecida como um problema muito sério até meados dos anos 1980, isto embora a contaminação tenha ocorrido por mais de um século, uma vez que não sendo visível era ignorada. A contaminação dessas águas deve-se às práticas de disposição do lixo e fossas sépticas que representam uma fonte considerável de contaminantes, como: nitrato, bactérias, vírus, detergentes e produtos de limpeza em águas subterrâneas. Enquanto as águas superficiais podem ser limpas de forma relativamente fácil, a poluição de água subterrânea é um problema mais difícil de ser solucionado
Desta forma, a disposição não controlada de lixos orgânicos e inorgânicos representa um grave problema ambiental. Atualmente, existe maior consciência por parte das grandes corporações que se tornaram mais responsáveis no tratamento destes resíduos, bem como em sua disposição. De modo geral, pode-se dizer que a contaminação de águas subterrâneas só aparece depois de alguns anos, da exposição à contaminação. As substâncias contaminantes podem ser pesticidas, herbicidas, metais entre outros. Os pesticidas orgânicos como a atrazina carreados da superfície terrestre tem-se tornado a maior preocupação referente à contaminação de aquíferos rasos
PROCESSO AVANÇADOS DE TRATAMENTO DE ÁGUAS CONTAMINADAS
POAs – Fotocatalise, ozonização e eletrocatalise 
Um grupo de tecnologias oxidativas químicas, classificadas como processos de oxidação avançados (POAs), conquistou um nível significativo de interesse acadêmico e industrial nas últimas três décadas (SARNA-GALVIS et al.,2019).
	Essas tecnologias são baseadas na geração de radicais hidroxila de caráter fortemente oxidante (Eº = 2,8 V x EPH), que perde somente para o flúor (Eº = 3,03 V x EPH). São capazes de degradar inúmeros compostos, por meio de reações químicas envolvendo espécies oxidantes, e caracterizam-se pela capacidade de transformar a maioria dos contaminantes em CO2, H2O e em ânions (CHEN et al., 2016; FARAH, 2007) ou em compostos menos tóxicos.
A fotocatálise heterogênea, um processo oxidativo heterogêneo, compreende a ativação de um semicondutor por radiação natural ou artificial. A iluminação dos semicondutores ou fotocatalisadores resulta na geração de pares de elétrons/lacuna (e-/h+) ao absorverem fótons com energia superior à energia de band-gap, ocorre a promoção de elétrons da banda de valência (BV) para a banda de condução (BC), conforme apresentado na Figura 8. Essa geração de pares elétrons lacuna conduzem à transformação química do substrato em contato
O ozônio (O3) pode reagir com contaminantes de várias maneiras, dependendo da natureza dos contaminantes e das condições do ambiente. Algumas das principais reações do ozônio com contaminantes incluem:
Oxidação direta: O ozônio pode oxidar diretamente compostos orgânicos e inorgânicos, quebrando suas ligações químicas e convertendo-os em produtos menos tóxicos ou mais facilmente removíveis.
Formação de radicais livres: Durante a decomposição do ozônio, são produzidos radicais livres altamente reativos, como o radical hidroxila (OH•). Esses radicais podem atacar e oxidar contaminantes, desencadeando uma série de reações de degradação
A ozonização catalítica é um processo que combina ozonização (o uso de ozônio, O3) e catálise (a presença de um catalisador) para degradar contaminantes presentes em água ou ar. Durante esse processo, o ozônio é gerado e, em seguida, é introduzido em um reator onde está presente um catalisador. O catalisador acelera as reações químicas que ocorrem na presença do ozônio, aumentando a eficiência da degradação dos contaminantes. Isso pode incluir a decomposição de poluentes orgânicos, a oxidação de metais pesados ou outros compostos inorgânicos, ou até mesmo a eliminação de odores desagradáveis. A ozonização catalítica é frequentemente utilizada em tratamentos de água e tratamentos de ar para purificar e desinfetar, contribuindo para a melhoria da qualidade ambiental.
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A eletrocatalise é um processo promissor para o tratamento de água devido à sua capacidade de promover reações de oxidação ou redução utilizando eletricidade em vez de reagentes químicos. A corrente elétrica é aplicada para fornecer energia adicional à reação, ajudando a impulsionar o processo. 
Os catalisadores na eletrocatalise são geralmente dispostos em eletrodos, que podem ser feitos de materiais como platina, carbono, grafite ou óxidos metálicos, deste modo, atuam não somente como doadores ou asceptores de elétrons, mas participam efetivamente da reação, promovendo sítios para adsorção e transferência eletrônica, ou seja, é a ctalise heterogênea das reações eletroquímicas pelo material do eletrodo. Esses catalisadores aceleram as reações eletroquímicas que ocorrem na superfície dos eletrodos, facilitando a oxidação ou redução dos contaminantes presentes na água.
reatores eletroquímicos contínuos, nos quais a água flui continuamente através dos eletrodos durante o tratamento. Essa disposição permite um contato eficiente entre a água e os catalisadores, maximizando a eficiência do processo de eletrocatalise no tratamento de água.
Embora a fotocatálise e a ozonização catalítica sejam amplamente investigadas separadamente, o sistema de ozonização fotocatalítica (PCOz) pode apresentar efeitos sinérgicos dos dois processos, como a presença de O3 atuando como um captador de e- na superfície do catalisador, reduzindo assim a recombinação do par elétron-buraco. O processo combinado também pode auxiliar na degradação de moléculas refratárias ao ozônio devido aos diferentes mecanismos envolvidos, como ataque pelo ozônio molecular, fotólise, HO• gerado pela decomposição do ozônio e fotoexcitação do semicondutor.
O mesmo acontece com o processode foto-eletrocatálise O processo de foto-eletrocatálise, por sua vez, é mais eficiente quando comparado à fotocatálise devido a combinação de um potencial positivo fixo aplicado sob o catalisador, com a irradiação UV-Vis, fazendo com que o processo de recombinação do par elétron/lacuna seja minimizado, resultando em maior geração dos radicais
Entretanto os custo relacionados a fonte de radiação UV e aos semicondutores podem limitar a utilização. Estes pontos podem ser contornados com a utilização de energias renováveis e semicondutores alternativos de menor custo (LOURDES et al., 2013).
Purific Photo CAT
Petrobras
Um exemplo do processo de ozonização são Os reatores de coluna de bolhas de ozônio a jato Nesses reatores, o ozônio é injetado na água sob a forma de pequenas bolhas através de um sistema de jatos, criando uma mistura íntima entre o ozônio e a água. Isso aumenta a eficiência do processo de ozonização, proporcionando uma área de contato maior entre o ozônio e os contaminantes presentes na água.
Biossorção
A biossorção é um processo de remoção de contaminantes da água utilizando materiais biológicos, como microorganismos, células vegetais ou subprodutos biológicos, como resíduos de biomassa. Esses materiais biológicos possuem características que permitem a adesão e retenção dos contaminantes, removendo-os da água de forma eficaz. Este método é uma alternativa promissora para o tratamento de água, pois é econômico, ambientalmente amigável e altamente seletivo na remoção de contaminantes específicos.
A aplicação da biossorção no tratamento de água é ampla e diversificada. Pode ser utilizada para remover uma variedade de contaminantes, incluindo metais pesados, íons metálicos, corantes orgânicos, produtos farmacêuticos, pesticidas e compostos orgânicos voláteis. Além disso, a biossorção pode ser aplicada em diferentes etapas do tratamento de água, desde a pré-tratamento até a purificação final, dependendo das características dos contaminantes e das necessidades específicas do processo de tratamento.
A biossorção oferece várias vantagens em relação a outros métodos de remoção de contaminantes, incluindo baixo custo, fácil regeneração dos materiais biossorventes, ausência de subprodutos químicos nocivos e capacidade de operar em uma ampla faixa de condições ambientais. No entanto, desafios como a seleção do material biossorvente mais adequado, otimização das condições de operação e integração eficiente com outros processos de tratamento de água ainda precisam ser abordados para maximizar a eficácia e viabilidade comercial da biossorção como uma tecnologia de tratamento de água.
Um dos bioadsorventes mais conhecidos é a quitina, um polissacarídeo encontrado em exoesqueletos de crustáceos, como camarões e caranguejos, e em fungos, como quitina e quitosana. A quitosana é especialmente eficaz devido às suas propriedades de superfície e capacidade de adsorção de contaminantes orgânicos e inorgânicos da água.
Processos de osmose reversa (RO) e ultrafiltração
A osmose reversa, a ultrafiltração e a nanofiltração são tecnologias de membrana amplamente utilizadas no tratamento de água para remover contaminantes e produzir água de alta qualidade. A osmose reversa é um processo no qual a água é forçada através de uma membrana semipermeável sob alta pressão, removendo contaminantes como sais, metais pesados, produtos químicos orgânicos e patógenos microbiológicos. Este método é frequentemente usado para dessalinização da água do mar, purificação de água potável, tratamento de águas residuais e produção de água para uso industrial.
A ultrafiltração é um processo semelhante à osmose reversa, mas com uma membrana porosa que retém partículas maiores do que os poros da membrana, permitindo que a água e os solutos dissolvidos passem. Esta tecnologia é eficaz na remoção de partículas suspensas, bactérias, vírus, protozoários e algunscontaminantes orgânicos, tornando-a ideal para o tratamento de água potável, águas residuais municipais e industriais, e pré-tratamento de água antes da osmose reversa.
A nanofiltração é um processo intermediário entre a osmose reversa e a ultrafiltração, com membranas que retêm partículas maiores do que as utilizadas na osmose reversa, mas menores do que as da ultrafiltração. Isso permite a remoção seletiva de íons e contaminantes específicos, como dureza, cor, sabores e odores, enquanto retém a maioria dos sais minerais. A nanofiltração é frequentemente aplicada no tratamento de água potável, remoção de compostos orgânicos e inorgânicos indesejados, e recuperação de produtos valiosos a partir de efluentes industriais Retém alguns minerais benéficos: Ao contrário da osmose reversa, que remove quase tudo, a nanofiltração permite que alguns minerais benéficos, como cálcio e magnésio, passem através da membrana. 
Essas tecnologias de membrana são essenciais para fornecer água potável segura, tratar águas residuais e garantir o abastecimento de água para uma variedade de aplicações industriais.
Adsorção
Os processos de adsorção são métodos eficazes para remover contaminantes da água, utilizando materiais adsorventes que têm afinidade por esses contaminantes. Durante a adsorção, os contaminantes presentes na água são retidos na superfície dos materiais adsorventes devido a forças físico-químicas, como interações de Van der Waals, ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas. Esta remoção ocorre à medida que a água passa pelo leito de adsorvente, onde os contaminantes são capturados e removidos, produzindo água limpa e tratada.
A aplicação de processos de adsorção no tratamento de água é ampla e versátil. Materiais adsorventes comuns incluem carvão ativado, zeólitas, resinas de troca iônica e argilas modificadas, entre outros. Esses materiais podem ser utilizados em sistemas de tratamento de água para remover uma variedade de contaminantes, incluindo compostos orgânicos, produtos farmacêuticos, metais pesados, produtos químicos industriais e substâncias orgânicas voláteis. A adsorção também é frequentemente utilizada como etapa de pré-tratamento em processos de tratamento de água mais avançados, como osmose reversa e nanofiltração, para proteger as membranas e aumentar sua vida útil.
Aplicação de nanotecnologia e nanopartículas – Membranas, adsorção.
Para o caso de águas subterrâneas é difícil de encontrar uma solução para o problema de contaminação. O controle normalmente consiste em um sistema de bombeamento e tratamento dos contaminantes orgânicos e após retorno dessa água para os aquíferos ou outro corpo aquático. Ou de outra forma, uma névoa muito fina de água subterrânea que está contaminada é pulverizada sobre as culturas, realizado durante um tempo, utilizando um sistema móvel de pulverização e os contaminantes de COV (compostos orgânicos voláteis) evaporam no ar resultando na água limpa utilizada para a irrigação. Alguns tipos de tratamentos consistem em aquecimentos in situ, para vaporizar líquidos orgânicos fazendo com que seus vapores subam à superfície, e por adição de oxidantes convertam as substâncias em produtos como o dióxido de carbono. Tipicamente, as temperaturas mais próximas de 100°C são usadas no aquecimento, embora não se saiba se esta é ideal. O aquecimento e/ou a produção de gases ou precipitação por oxidação podem mudar condições geológicas e biológicas nas vizinhanças imediatas do tratamento com efeitos inesperados na distribuição e modalidade dos poluentes remanescentes.
De forma geral, constata-se que existe uma efetividade limitada de muitas tecnologias de limpeza de águas subterrâneas, com isso, o processo de atenuação ambiental, ou seja, que menos contaminantes possam entrar em contato com esta água seguida pelo processo biológico natural, químico ou fisicos para tratar os contaminantes em águas subterrâneas tornou-se o de maior aplicação.
REALIDADE NO BRASIL
Hidrogeron 184 ETAS no Brasil de 2014 a 2020 
- Carbono alto, Amonia alta, Oxigenio dissolvido baixo, 
90 % com problemas de manutenção
ETAa de concreto com mais de 50 anos, falta de manutenção/abandono de equipamentos, comprometimento das eficiências da unidades, patologias de concreto (risco de colapso) 
 
VIABILIDADE
A viabilidade dos processos avançados no tratamento de água é determinada por uma variedade de fatores, incluindo eficácia na remoção de contaminantes, custos operacionais e de capital, sustentabilidade ambiental e aceitação pelos consumidores. Embora os processos comuns de tratamento de água possam atender aos padrões de potabilidade, os avançados oferecem benefícios adicionais, como a remoção mais eficiente de contaminantes emergentes, produtos farmacêuticos, produtos químicos industriais e subprodutos de desinfecção. Essa capacidade de tratamento abrangente pode ser especialmente importante em áreas com fontes de água contaminadas ou com padrões de qualidade de água mais rigorosos.
No entanto, a implementação de processos avançados de tratamento de água pode ser desafiadora devido aos custos envolvidos, que muitas vezes são repassados aos consumidores por meio de tarifas de água mais altas. Portanto, a viabilidade econômica desses processos depende da disponibilidade de financiamento adequado, apoio governamental e da capacidade de justificar os custos adicionais com os benefícios em termos de qualidade da água e saúde pública.
Além disso, a aceitação pelos consumidores é crucial para o sucesso dos processos avançados de tratamento de água. Os consumidores devem perceber os benefícios desses processos em termos de qualidade da água e saúde pessoal para estar dispostos a pagar por eles. Portanto, é importante educar e conscientizar o público sobre os desafios associados à qualidade da água e as soluções avançadas disponíveis para abordá-los, a fim de garantir o apoio necessário para a implementação desses processos.
Conclusão: Além da Potabilidade - A Ascensão dos Tratamentos Avançados de Água
Embora os processos de tratamento de água existentes possam alcançar o status de "potável", uma análise mais detalhada revela que a definição nem sempre se traduz em água verdadeiramente "segura". Contaminantes emergentes, microplásticos e poluentes orgânicos persistentes (POPs) representam ameaças que muitas vezes escapam dos padrões atuais. Isso torna necessário um deslocamento em direção aos tratamentos avançados de água como componentes integrais das estratégias de gestão hídrica.
Das diversas opções discutidas, incluindo Processos de Oxidação Avançada (POAs), biossorção, processos de membrana e adsorção, cada uma oferece vantagens únicas para lidar com contaminantes específicos. Notavelmente, os POAs se destacam na degradação de POPs, enquanto os processos de membrana, como a osmose reversa, podem remover um amplo espectro de poluentes.
No entanto, as preocupações com a viabilidade não podem ser ignoradas. O custo, os requisitos de infraestrutura e as demandas energéticas precisam de consideração cuidadosa. A colaboração entre pesquisadores, engenheiros e formuladores de políticas é crucial para desenvolver estratégias de implementação sustentáveis e econômicas.
A principal lição a ser aprendida é esta: avançar além da água "potável" requer medidas proativas. A adoção de tratamentos avançados, aliada à pesquisa contínua e à inovação em tecnologia e políticas, promete oferecer água verdadeiramente segura e protegida para as gerações futuras. Esta jornada não pode esperar, considerando as crescentes complexidades da contaminação da água e as crescentes demandas por água limpa em todo o mundo.