Advanced hybrid materials for direct potable reuse as alternatives to activated carbon for removal of contaminants of emerging concern

Autor(es)

Vinícius Diniz

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Química
• Data de defesa: 2025-03-11

Membros da banca

Susanne Rath; José Alberto Fracassi da Silva; Davi Gasparini Fernandes Cunha; José Carlos Mierzwa; José Roberto Guimarães

• Orientador: Susanne Rath

Resumo

O aumento do consumo de água potável, aliado à diminuição da disponibilidade de água doce, gera a necessidade de alternativas para o abastecimento público. Embora o reuso potável direto (RPD) seja viável, sua implementação é desafiadora devido à necessidade de processos avançados de tratamento e à grande variedade de contaminantes. A EPAR Capivari II, em Campinas (SP), Brasil, é uma estação produtora de água de reuso não potável com tecnologia de biorreator de membranas (MBR). Uma planta piloto, com a capacidade de produção de 350 L/h, instalada na EPAR, contendo tecnologias de osmose reversa (OR), fotoperoxidação (UV/H2O2) e colunas de carvão ativado granular (CAG), permite combinar as diferentes tecnologias de tratamento visando o RPD. Neste trabalho, a cromatografia líquida bidimensional acoplada à espectrometria de massas sequencial (LC-LC-MS/MS) foi usada para monitorar 12 contaminantes emergentes no esgoto bruto e no efluente pós-MBR, priorizando cinco para estudos posteriores (cafeína, hidroclorotiazida, sacarina, sulfametoxazol e sucralose). O processo OR-UV/H2O2–CAG apresentou a melhor remoção dos contaminantes priorizados, além de produzir efluente que atende a portaria GM/MS Nº 888. Posteriormente, o carvão ativado (CA) da planta piloto (CA1) e outro comercial (CA2) foram caracterizados e avaliados em estudos de bancada (batelada e contínuo). Ambos os CA apresentaram maior capacidade de adsorção para sulfametoxazol e menor para sucralose. Estudos com CAG, em escala de bancada, revelaram que o uso de fluxo ascendente é mais eficaz na remoção de contaminantes devido a não formação de caminhos preferenciais. Em ambos os estudos, o CA2 apresentou maiores remoções devido à sua maior área superficial. A busca por novos materiais para RPD é essencial para a viabilidade do RPD. Este trabalho investigou o CA como suporte para TiO2 (TiO2/CA) e polímeros de enxofre porosos (PEP). Diferentes sínteses e precursores de TiO2 foram testados para a fabricação de TiO2/CA, com o material sinterizado pelo método sol-gel combinado com isopropóxido de TiO2 apresentando as melhores remoções dos cinco contaminantes, aumentando a eficiência do TiO2 em até 10 vezes. Os polímeros de enxofre foram sintetizados por vulcanização inversa utilizando 1,3-diisopropenilbenzeno (DIB) como monômero e cloreto de sódio como template para criação dos poros. Maiores quantidades de DIB levaram a maior adsorção de cafeína, enquanto maiores quantidades de enxofre resultaram em maior atividade fotocatalítica, com eficiência acima de 90% para remoção de cafeína. Os estudos na planta piloto comprovaram a viabilidade do processo OR– UV/H2O2–CAG na remoção de contaminantes, produzindo água potável conforme os padrões regulatórios. O processo de adsorção foi dependente da área superficial do CA, e os novos materiais estudados mostraram-se promissores para uso em RPD (AU)

• Processo FAPESP: 21/08123-0 - Materiais híbridos avançados para reuso potável direto como alternativas ao carvão ativado para a remoção de contaminantes emergentes
• Beneficiário: Vinicíus Diniz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado