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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2020.tde-03072020-090345
Documento
Autor
Nome completo
Rafaely Ximenes de Sousa Furtado
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
Azevedo, Eduardo Bessa (Presidente)
Marchi, Mary Rosa Rodrigues de
Cunha, Davi Gasparini Fernandes
Guimarães, José Roberto
Vieira, Eny Maria
Título em português
Estudo de degradabilidade do ácido perfluoro-octanossulfônico por fotocatálise e tratamento biológico anaeróbio: otimização, cinética, produtos de degradação e ecotoxicologia
Palavras-chave em português
ecotoxicidade
fotocatálise heterogênea
fotocatálise homogênea
PFOS
processo biológico anaeróbio
Resumo em português
Os compostos perfluorados são substâncias químicas amplamente utilizadas na indústria, especialmente em revestimentos têxteis, e, além disso, são persistentes, bioacumuláveis e interferentes endócrinos, e podem causar danos à saúde humana e ao meio ambiente. Por esta razão, a presente pesquisa teve por objetivo estudar a degradação, em baixas concentrações (inicialmente 100 µg L-1), de um composto perfluorado, da sub-classe dos ácidos sulfônicos (PFASs): o ácido perfluoro-octanossulfônico (PFOS), por três processos: 1) Fotocatálise homogênea (Fe3+/UV); 2) Fotocatálise heterogênea (TiO2/UV); e 3) Processo biológico anaeróbio. Primeiramente, estudou-se a degradação por fotocatálise homogênea via planejamento experimental, obtendo-se na melhor condição experimental (C Fe3+ = 0,057 µmol L-1 e pH= 2,0), 44% de remoção do contaminante após 8 h de tratamento, com valor próximo ao estimado para a capacidade oxidativa do sistema (MOC), que foi de 49%. A degradação por fotocatálise heterogênea foi otimizada usando-se a metodologia de superfícies de resposta (MSR), cuja condição ótima foi usando-se C TiO2 = 1,45 g L-1 e pH= 4,0, alcançando-se, em média, 83% de remoção do PFOS e 86% para a MOC do sistema após 8 h, respectivamente. Em ambos os processos fotocatalíticos, a degradação do PFOS obedeceu a uma cinética de pseudo-primeira ordem (0,34 h-1 e 0,64 h-1, respectivamente), e, além disso, não foi observada a degradação por fotólise direta (UV). Na degradação do PFOS pelo processo biológico em condições anaeróbias, obtiveram-se 33% de remoção em 10 dias de tratamento. Neste período, não foram observadas a inibição da atividade metanogênica específica (AME) e nem a modificação significativa do consórcio microbiano (Domínios Archaea e Bacteria). Em todos os processos foram identificados produtos de degradação (PDs) e a estimadas as respectivas ecotoxicidades aguda e crônica para organismos aquáticos (peixes, dafinídeos e algas). Foi observado que o caráter lipofilico dos PDs influencia as ecotoxicidades, embora não seja um fator determinante.
Título em inglês
Degradability study of perfluorooctanesulfonic acid by photocatalysis and anaerobic biological treatment: optimization, kinetics, degradation products and ecotoxicology
Palavras-chave em inglês
anaerobic biological process
ecotoxicity
heterogenous photocatalysis
homogeneous photocatalysis
PFOS
Resumo em inglês
Perfluorinated compounds are chemical substances widely used in industry, especially in textile coatings, and, in addition, they are persistent, bioaccumulative and endocrine disruptor, and can cause damage to human health and the environment. For this reason, this research aimed at studying the degradation, in low concentrations (initially 100 µg L-1), of perfluorooctane sulfonic acid (PFOS), by three processes: 1) Homogeneous photocatalysis (Fe3+/UV); 2) Heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV); and 3) Anaerobic biological process. First, PFOS degradation was studied by homogeneous photocatalysis using a full factorial design. With the best experimental conditions (C Fe3+ = 0.057 µmol L-1 and pH= 2.0), one obtained 44% PFOS removal after 8 h of treatment, which was close to the estimated maximum oxidation capacity of the system (MOC): 49%. The PFOS degradation by heterogeneous photocatalysis was optimized using the response surface methodology (MSR), whose optimal conditions were C TiO2 = 1.45 g L-1 and pH= 4.0. This time, one achieved 83% PFOS removal after 8 h of treatment, again close to the estimated MOC: 86%. In both photocatalytic processes, PFOS degradation followed a pseudo-first order kinetics (0.34 and 0.64 h-1, respectively), and, degradation by direct photolysis (UV) was negligible. When PFOS was degraded by the anaerobic biological process, 33% removal was obtained in 10 days of treatment. During this period of time, neither inhibition of the specific methanogenic activity (AME) nor significant changes in the microbial consortium (Archæa and Bacteria domains) were observed. In all processes, degradation products (PDs) were identified and the respective acute and chronic ecotoxicities for aquatic organisms (fish, daphnids and algae) were estimated. It was observed that, although lipophilicity influenced ecotoxicities, it is not the only determining factor.
 
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Data de Publicação
2020-07-03
 
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