O efeito do sistema combinado de cavitação hidrodinâmica, ozônio e peróxido de hidrogênio na remoção de clorofila a e substâncias orgânicas na água bruta

Jun 05, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10102 (2023) Citar este artigo

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O aumento dos níveis de nutrientes e algas pode causar problemas de água potável nas comunidades. A proliferação de algas nocivas afeta humanos, peixes, mamíferos marinhos, pássaros e outros animais. No presente estudo, investigamos o uso de um sistema combinado [Cavitação Hidrodinâmica, Ozônio (O3) e Peróxido de Hidrogênio (H2O2)] na remoção de Clorofila a e substâncias orgânicas na água bruta. O efeito de diferentes condições operacionais, como pH, tempo de cavitação, pressão, distância, vazão, dose de ozônio e concentração de peróxido de hidrogênio foi estudado. Utilizando o método de projeto Taguchi, os experimentos foram planejados e otimizados. O tratamento do sistema combinado rendeu uma redução máxima na Clorofila a e no Carbono Orgânico Total (TOC) em uma condição ótima de pH 5, pressão de cavitação 5 bar, vazão de 1 m3/h, distância de 25 cm da placa de orifício, O3 3 g/h e 2 g/l de concentrações de H2O2. O fator mais eficiente na degradação do TOC e da Clorofila a foi a pressão de cavitação com base nas contribuições percentuais de cada parâmetro (38,64 por cento e 35,05 por cento, respectivamente). Descobriu-se que o H2O2 tem o impacto mais insignificante na eficiência da degradação (4,24% e 4,11%, respectivamente).

Toda a água transita gradualmente para a eutrofização ao longo do tempo, como resultado do rápido crescimento populacional, da expansão da agricultura e da indústria, da diminuição dos recursos de água doce, da degradação florestal, da erosão do solo, das alterações climáticas e de secas repetidas. Um resultado essencial deste processo é uma diminuição geral na disponibilidade de água para uso e um aumento na importância dos lagos e outras bacias hidrográficas; como resultado, muitos recursos para o desenvolvimento socioeconómico podem ficar seriamente comprometidos1. A proliferação de algas pode ser desencadeada por uma diminuição no abastecimento de água, uma diminuição na profundidade dos lagos e reservatórios, um aumento na estagnação, um aumento nos nutrientes de diversas fontes e um aumento na temperatura2,3. Numerosos problemas surgem de substâncias de algas na água, incluindo (1) pH, alcalinidade, dureza, oxigênio dissolvido e matéria orgânica, (2) O aumento na dose de coagulação, (3) Indicadores físicos da qualidade da água, como cor, sabor , odor e turvação, a deteriorar-se como resultado, (4) Bloqueio do filtro e diminuição do funcionamento do filtro, (5) A procura de cloro está a aumentar e estão a ser produzidos subprodutos da desinfecção, (6) As algas também causam outros problemas como a formação camada viscosa e gelatinosa, corrosiva e que interfere em outros processos de purificação. (7) Em contato direto, alguns tipos de algas podem irritar a pele e desencadear reações alérgicas; No entanto, sabe-se que diferentes algas produzem toxinas prejudiciais que são mortais para as pessoas e podem até resultar em morte em alguns casos extremos4,5,6,7,8,9. Esses problemas podem tornar a água filtrada desagradável e prejudicial; por outro lado, também podem aumentar o preço da purificação da água potável, adicionando mais produtos químicos, bem como aumentando a carga de trabalho dos trabalhadores das estações de tratamento9.

Um importante indicador usado para descrever a biomassa que utiliza energia luminosa e é autotrófica é a concentração de clorofila-a. É um parâmetro crucial que reflete o estado nutricional das massas de água e pode ser utilizado para estimar a biomassa e a produtividade do fitoplâncton. Devido ao seu pequeno tamanho, alta mobilidade, baixa densidade e superfície carregada negativamente, as células de algas em muitas estações de tratamento de água existentes não podem ser removidas ou tratadas5,10,12. As algas provenientes de fontes de água são controladas por meio de diversas técnicas físicas, químicas e biológicas. Aeração, flotação com ar dissolvido, filtração, escumação, mistura, processos de membrana, ultravioleta, ultrassônico, eletrólise e outras técnicas relacionadas são usadas para prevenir algas prejudiciais usando o método de controle físico. O manejo da população de algas pode ser realizado através de processos biológicos, como filtros lentos de areia ou lodo ativado. Os principais processos químicos são coagulação, sulfato de cobre, carvão ativado, nanopartículas, oxidação, peróxido de hidrogênio e cloração13,14,15,16,17,18,19. A maioria dos produtos químicos, no entanto, são caros e genéricos demais, prejudicando organismos aquáticos que não são os alvos pretendidos. A maioria dos tipos de produtos químicos tóxicos não são específicos da espécie, o que pode prejudicar o equilíbrio ecológico. O potencial de danos ambientais decorrentes da aplicação inadequada de produtos químicos é inferior ao da mistura artificial. A tecnologia de arejamento pode ter desvantagens devido aos elevados custos de manutenção (custos de mão-de-obra) e ao consumo de energia necessário, e não mata as algas. Além disso, as plantas aquáticas adicionam muitos agentes oxidantes, o que significa que os subprodutos de desinfecção que produzem estão acima do nível exigido. O custo operacional da remoção de algas na estação de tratamento de água utilizando filtração por membrana, flutuação de ar e outras técnicas é elevado quando a quantidade de algas na água é elevada. O Al/Fe residual na água tratada excede por vezes o limite superior dos padrões hídricos, o que representa uma séria ameaça para a saúde humana, embora a utilização de produtos químicos para remover algas provoque poluição secundária. Mas a oxidação das cianobactérias pode causar lise celular. Quando a matéria orgânica intracelular (MOI) é liberada em grandes quantidades, a qualidade da água pode ser prejudicada10,20,21,22.