Análise da Eficiência dos Processos de Fotólise e UV/H2O2 para o Tratamento de Efluente de Metodologia Kjeldahl

Abstract

As atividades de ensino, pesquisa e extensão realizadas em instituições de ensino superior geram resíduos químicos laboratoriais com características diversas e, muitas vezes, potencialmente perigosas, tornando seu tratamento um importante desafio ambiental. Entre esses resíduos, destacam-se os efluentes contendo corantes e indicadores químicos utilizados em análises laboratoriais, como aqueles provenientes da metodologia de Kjeldahl, que apresentam em sua composição vermelho de metila e verde de bromocresol. Devido à elevada estabilidade molecular desses compostos, sua remoção por métodos convencionais pode ser limitada, exigindo tecnologias mais eficientes. Nesse contexto, os Processos Oxidativos Avançados (POAs) se destacam como alternativas promissoras para o tratamento de efluentes com corantes, pois geram espécies altamente reativas capazes de degradar compostos orgânicos complexos e reduzir a carga poluente. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência dos processos de fotólise UV e UV/H₂O₂ no tratamento de um efluente laboratorial proveniente da metodologia de Kjeldahl. Inicialmente, o resíduo foi caracterizado por meio de análises de pH e espectroscopia UV-Vis, sendo identificada uma banda de absorção máxima em 615 nm, utilizada para o monitoramento da degradação dos corantes presentes. Os ensaios foram conduzidos em reator fotoquímico de bancada, utilizando diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio (0, 30, 45 e 60 mg/L) e tempo de irradiação de até 60 minutos. A eficiência dos tratamentos foi avaliada por meio de análises espectrofotométricas, enquanto os efeitos ecotoxicológicos foram investigados por meio de ensaios com Daphnia magna e Lactuca sativa. Os resultados demonstraram elevada remoção dos compostos responsáveis pela coloração do efluente para todos os tratamentos avaliados, com a maior eficiência final de 96,57% para a fotólise após 60 minutos de irradiação. O processo UV/H₂O₂ com 60 mg/L de H₂O₂ apresentou maior velocidade inicial de degradação, alcançando 89,86% de remoção aos 20 minutos, enquanto a fotólise apresentou 86,31% no mesmo período. Ambos os processos apresentaram comportamento compatível com o modelo cinético de pseudo-primeira ordem. Ao final do tratamento, as diferenças entre os processos tornaram-se menos expressivas, com remoções variando entre 95,73% e 96,57%. Os ensaios ecotoxicológicos não evidenciaram redução da toxicidade após os tratamentos aplicados, indicando a possível presença de compostos remanescentes ou subprodutos de degradação com potencial tóxico. Os resultados indicam que os processos avaliados, com destaque para a fotólise, apresentam potencial de aplicação no tratamento de resíduos químicos laboratoriais contendo corantes indicadores in loco, e abrem perspectiva futura para o estudo de estratégias complementares para redução da toxicidade do efluente.

Teaching, research, and extension activities carried out in higher education institutions generate laboratory chemical waste with diverse characteristics and, often, potentially hazardous properties, making its treatment an important environmental challenge. Among these wastes, effluents containing dyes and chemical indicators used in laboratory analyses stand out, such as those derived from the Kjeldahl methodology, which contain methyl red and bromocresol green in their composition. Due to the high molecular stability of these compounds, their removal by conventional methods may be limited, requiring more efficient technologies. In this context, Advanced Oxidation Processes (AOPs) stand out as promising alternatives for the treatment of dye-containing effluents, as they generate highly reactive species capable of degrading complex organic compounds and reducing pollutant load. Therefore, the present study aimed to evaluate the efficiency of UV photolysis and UV/H₂O₂ processes in the treatment of laboratory effluent derived from the Kjeldahl method. Initially, the waste was characterized through pH measurements and UV-Vis spectroscopy, which identified a maximum absorption band at 615 nm, used to monitor the degradation of the present dyes. The experiments were conducted in a bench-scale photochemical reactor using different hydrogen peroxide concentrations (0, 30, 45, and 60 mg/L) and irradiation times of up to 60 minutes. Treatment efficiency was evaluated through spectrophotometric analyses, while ecotoxicological effects were assessed using tests with Daphnia magna and Lactuca sativa. The results demonstrated high removal of the compounds responsible for the effluent color in all treatments, with the highest final efficiency reaching 96.57% for UV photolysis after 60 minutes of irradiation. The UV/H₂O₂ process with 60 mg/L H₂O₂ exhibited the highest initial degradation rate, achieving 89.86% removal after 20 minutes, whereas UV photolysis achieved 86.31% under the same conditions. Both processes showed kinetic behavior consistent with a pseudo-first-order model. By the end of the treatment period, the differences between the processes became less pronounced, with removal efficiencies ranging from 95.73% to 96.57%. Ecotoxicological assays did not indicate a reduction in toxicity after the applied treatments, suggesting the possible presence of residual compounds or degradation by-products with toxic potential. The results indicate that the evaluated processes, particularly photolysis, show potential for application in the on-site treatment of laboratory chemical waste containing indicator dyes, and highlight the need for future studies on complementary strategies to reduce effluent toxicity.