89 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 Gustavo Machado Pesquisador Associado na Fundação Oswaldo Cruz – Rio de Janeiro (RJ), Brasil. Lídia Yokoyama Professor Titular do Departamento de Processos Inorgânicos da Escola de Química na Universidade Federal do Rio de Janeiro – Rio de Janeiro (RJ), Brasil. Endereço para correspondência: Gustavo Machado – Rua Gilberto Cardoso, 230/804 – Leblon – CEP 22430-070 – Rio de Janeiro (RJ), Brasil – E-mail: gustavoxmartins@gmail.com Recebido em: 19/11/2019 Aceito em: 02/03/2020 RESUMO As universidades e instituições de pesquisa geram cerca de 1% dos resíduos químicos perigosos no mundo, sendo, muitas delas, da área de saúde. Para que esses resíduos sejam tratados como efluente é necessária a adequação às legislações ambientais de disposição final de resíduos de serviço de saúde e lançamento de efluentes. O objetivo deste estudo é apresentar uma proposta de tratamento de efluente de laboratório de assistência à saúde, por meio de processos oxidativos avançados (POA). Utilizou-se efluente gerado de equipamento de análise, Labmax 240 Premium, o qual realiza testes bioquímicos e imunoquímicos de sangue e soro humano, oriundo do Laboratório de Diagnóstico, Ensino e Pesquisa do Centro de Saúde Escola Germano Sinval Faria (ENSP/Fiocruz). Para tratamento do efluente, foram comparadas as seguintes alternativas: peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), fotólise (UV), H 2 O 2 /UV, reagente de Fenton e foto-Fenton. Entre todos os POA estudados, o reagente de Fenton apresentou os melhores resultados nas condições de concentração molar de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador Fe2+ foi 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e pH 2,0. As eficiências de remoção foram de DQO de 73,4%, de demanda bioquímica de oxigênio (DBO) de 46%, de turbidez de 90,1%, ocorrendo consumo total do oxidante (H 2 O 2 ) e geração de 2.126 mg/L de lodo, de modo que o efluente final se adequou à legislação ambiental. A análise econômica verificou uma economia de 71,8% no custo total em relação à disposição praticada, incineração, o que a torna viável e indica que o método utilizado gera menores impactos ambientais globais. Palavras-chave: processos oxidativos avançados; reagente de Fenton; resíduos de serviço de saúde. ABSTRACT Universities and research institutions generate about 1% of the world’s hazardous chemical waste, many of which is in the health area. In order for these wastes to be treated as wastewater, it is necessary to adapt them to the environmental legislation for the final disposal of Health Service waste and wastewater disposal. The objective of this study is to present a proposal for the treatment of health care laboratory wastewater, through advanced oxidation processes (AOP). The wastewater generated from analysis equipment, Labmax 240 Premium, was used, which performs biochemical and immunochemical tests of blood and human serum, from the Diagnostic, Teaching and Research Laboratory of the Germano Sinval Faria School of Health (ENSP)/Fiocruz. For its treatment, the following alternatives were compared: hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), photolysis (UV), H 2 O 2 /UV, Fenton reagent and photo-Fenton. Among all the AOP studied, the Fenton reagent showed the best results under the conditions of molar concentration of 3:1 oxidant (H 2 O 2 : QOD) with single addition; Fe 2+ catalyst mass ratio was DOI: 10.5327/Z2176-947820200620 ESTUDO DE TRATAMENTO DE EFLUENTE DE SERVIÇO DE SAÚDE PARA REDUÇÃO DE CUSTOS ECONÔMICOS E IMPACTOS AMBIENTAIS HEALTH SERVICE WASTEWATER TREATMENT STUDY TO REDUCE ECONOMIC COSTS AND ENVIRONMENTAL IMPACTS https://orcid.org/0000-0001-5782-3698 https://orcid.org/0000-0002-2317-4690 Machado, G.; Yokoyama, L. 90 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 INTRODUÇÃO As atividades realizadas pelo homem geram diferen- tes tipos de resíduos, resultado do consumo de ma- térias-primas e de insumos necessários aos diversos processos produtivos. A disposição desses resíduos na natureza causa diversos impactos ao meio ambiente e, consequentemente, ao ser humano. A capacida- de de diluição dos ecossistemas naturais é limitada e atingiu um patamar tal que as grandes quantidades e complexidade dos resíduos gerados inviabilizam a assimilação completa pelo ambiente, resultando em impactos significativos para a saúde do homem (COS- TA; CANGERANA, 2016). Atualmente, é indispensável a implementação de sistemas de gestão dos resíduos gerados nas diversas linhas de produção visando à mi- tigação desses impactos. As universidades e instituições de pesquisa juntas ge- ram cerca de 1% dos resíduos perigosos no mundo, o que é pouco quando comparado com a geração de outras unidades, como indústrias (ALBERGUINI; SILVA; REZENDE, 2005). Em contrapartida, o pequeno volume e a elevada diversidade dos resíduos gerados por ins- tituições de ensino e pesquisa dificultam uma padro- nização nas formas de tratamento e disposição ade- quada. Além disso, a cada nova pesquisa desenvolvida, novos produtos são consumidos e, consequentemen- te, os mais diversos tipos de resíduos são produzidos (ALBERGUINI; SILVA; REZENDE, 2005; PETRIE; BARDEN; KASPRZYK-HORDERN, 2015). O gerenciamento de resíduos pelas unidades de ensino e pesquisa é assunto amplamente discutido, e muitas instituições já implantaram procedimentos para sua correta destinação. No entanto, pela dificuldade na caracterização de uma diversidade de resíduos novos gerados a cada pesquisa e pela falta de avaliação das especificidades de cada resíduo, muitas vezes a desti- nação final escolhida atende aos parâmetros da legis- lação, mas com alto custo e com impactos ambientais que poderiam ser minimizados (MACHADO, 2010). Vários métodos convencionais de tratamento de efluentes utilizados nas indústrias e em diversas ativi- dades têm sido criticados por realizarem apenas sepa- ração de fases, causando impacto ambiental secundá- rio (COSTA; CANGERANA, 2016). Com base nos estudos de outras instituições, como exemplo, a experiência no Laboratório de Resíduos Químicos de São Carlos (ALBERGUINI; SILVA; REZENDE, 2005), uma unidade de tratamento de resíduos químicos pode alcançar os ní- veis de redução apresentados a seguir: • 40% por meio da reciclagem, de forma que essa quantidade possa retornar aos laboratórios como reagentes; • 40% que podem ser tratados de maneira adequada, podendo ser descartados sem oferecer maiores ris- cos à saúde ambiental e humana; • os 20% restantes seriam compostos de materiais que não oferecem condições de tratamento ime- diato e, portanto, seriam destinados a aterros es- pecíficos ou incinerados por empresas qualificadas, possuidoras dos licenciamentos ambientais e auto- rizações específicas. Entre as unidades de pesquisa abordadas, muitas atuam na área de saúde. Com relação aos resíduos de serviço de saúde (RSS), por não haver a melhor se- gregação, convencionalmente se utiliza a incineração como método de tratamento total ou parcial (ARRUDA et al., 2017). Segundo as regulamentações nacio- nais para RSS, preconizadas pela Resolução CONAMA nº 358/2005 (BRASIL, 2005), CONAMA nº 430/2011 5:1 (H 2 O 2 : Fe2+) and pH 2.0. The removal efficiencies were of QOD of 73.4%, of BOD of 46%, turbidity of 90.1%, occurring to a total consumption of the oxidant (H 2 O 2 ) and generation of 2,126 mg/L of sludge, making the final wastewater comply with the environmental legislation (BRASIL/2011). The economic analysis revealed a saving of 71.8% in the total cost in relation to the practiced disposal, incineration, which makes it viable and indicates that the method used generates less global environmental impacts. Keywords: advanced oxidation processes; fenton reagent; health service waste. Estudo de tratamento de efluente de serviço de saúde para redução de custos econômicos e impactos ambientais 91 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 (BRASIL, 2011) e pela Resolução de Diretoria Colegia- da da Agência Nacional de Vigilância Sanitária RDC nº 222/2018 (BRASIL, 2018), os resíduos químicos são classificados como grupo B. Os resíduos do grupo B que apresentem risco à saúde ou ao meio ambiente, se não passarem por processo de reutilização, recuperação ou reciclagem, devem passar por tratamento ou disposição final específica. Os re- síduos químicos perigosos sólidos, se não tratados, devem ser dispostos em aterro de resíduos perigosos (classe I). Já os no estado líquido devem passar por tratamento específico, sendo vedada a disposição final em aterros (DALLES et al., 2014). Segundo o artigo 71 da RDC nº 222/2018, “a destina- ção dos resíduos dos equipamentos automatizados e dos reagentes de laboratórios clínicos [...] deve consi- derar todos os riscos presentes, conforme normas am- bientais vigentes” (BRASIL, 2018, p. 14). No caso dos rejeitos deste estudo, por serem líquidos, podem ser destinados para incineração pelo pequeno volume de geração e pela grande diversidade. A incineração é uma destinação adequada à legisla- ção ambiental vigente, porém muito onerosa, poden- do também gerar impactos ao meio ambiente. Assim, é relevante incentivar o desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento dos RSS que levem em consideração características relacionadas ao custo e à acessibilidade (ARRUDA et al., 2017). Para nortear este estudo, foi utilizado o trabalho Ges- tão de resíduos perigosos na Fiocruz: diagnóstico e aperfeiçoamento (MACHADO, 2010), que define uma metodologia de classificação dos resíduos químicos ge- rados nas atividades finalísticas da Fundação Oswaldo Cruz (Fiocruz) e propõe rotas alternativas de tratamen- to. Em consonância com o estudo de Machado (2010), concluiu-se que é possível minimizar custos econômi- cos e ambientais por meio do tratamento de parte dos resíduos químicos gerados como efluente nesse tipo de instituição. Tendo em vista a abrangência do tema, o presente estudo adotou uma das classes de resíduos químicos abordada no trabalho referenciado para aprofunda- mento prático mediante a aplicação de processos oxidativos avançados (POA) para tratamento como efluente. Para que seja realizada a alteração de rota e esses resíduos possam ser tratados como efluente, é importante ressaltar a necessidade de adequação às regulamentações nacionais e locais pertinentes a RSS e à legislação CONAMA nº 430/2011 (BRASIL, 2011), a qual dispõe sobre as condições e os padrões de lan- çamento de efluentes. O efluente oriundo de equipamento automático de análise bioquímica de soro e sangue humano foi esco- lhido como o resíduo químico para estudar diferentes tecnologias de POA. Esse tipo de equipamento é comu- mente utilizado em laboratórios de análise bioquímica para a realização de testes com diversos reagentes quí- micos em amostras biológicas, gerando um complexo efluente, constituído de componentes químicos recal- citrantes e agentes biológicos patogênicos. Cabe ressaltar que há diversas formas de se tratar os efluentes e RSS, como é apontado por Verlicchi, Au- kidy e Zambello (2015), sendo os POA uma das rotas importantes para degradação de componentes recal- citrantes. Nessa vertente, Sá (2017) também propõe avaliação de efluente de equipamento laboratorial au- tomatizado, por processo foto-Fenton. Existem muitos compostos em determinadas concen- trações que são tóxicos ou que não são biodegradá- veis, os quais são classificados como recalcitrantes. Os POA são uma alternativa para tratamento desse tipo de efluente (RIBEIRO et al., 2015; VERLICCHI; AUKIDY; ZAMBELLO, 2015) e têm o objetivo de mineralizar ou diminuir a recalcitrância dos compostos orgânicos mais complexos, de modo que os converta em substâncias biodegradáveis ou inertes, diferentemente dos métodos que envolvem somente transferência de fase (BORBA et al., 2014). Assim, esses processos podem ser utiliza- dos para degradação de contaminantes emergentes e micropoluentes (PETRIE; BARDEN; KASPRZYK-HORDERN, 2015; WANG; RODDICK; FAN, 2017), antibióticos e far- macêuticos (BAENA-NOGUERAS; GONZÁLEZ-MAZO; LARA-MARTÍN, 2017; QUITAISKI, 2018; PAPAGEORGIOU; KOSMA; LAMBROPOULOU, 2016; MIRZAEI et al., 2017; PÉREZ et al., 2016), efluentes alimentícios (KRZEMINSKA; NECZAJ; BOROWSKI, 2015), efluente de curtume (BORBA et al., 2014), efluentes oriundos de produtos de estética e cuidado pessoal (CARLSON et al., 2015), corantes (SILVA et al., 2008) e efluentes industriais em geral (ARAÚJO et al., 2016). Machado, G.; Yokoyama, L. 92 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 Nesse cenário, Dewil et al. (2017) e Ribeiro et al. (2015) apresentam estudos que consolidam as técnicas de POA, em um panorama com múltiplos contextos, como demonstrado anteriormente. Os POA são baseados na geração do radical hidroxila (•OH), altamente reativo pelo seu alto potencial de oxidação, o qual é capaz de desencadear uma série de reações que têm a capacidade de destruir completa- mente muitos poluentes orgânicos (FIOREZE; SANTOS; SCHMACHTENBERG, 2014). Acredita-se que uma alternativa promissora para o tra- tamento de efluentes do setor de saúde inclua a utili- zação dos POA (VERLICCHI; AUKIDY; ZAMBELLO, 2015), e já há estudos e mudanças nas rotas de tratamento de efluentes. Entre os efluentes e resíduos oriundos de serviços de saúde, cabe uma reflexão quanto aos pe- quenos geradores, como laboratórios e clínicas, e o es- tudo de uma alternativa simples para esses geradores, como Sá (2017) também demonstra. Podem ser utilizados como agentes oxidantes: oxi- gênio, ozônio, peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), isola- damente ou combinados, em associação com catali- sadores. Em todos os casos, esses agentes oxidantes apresentam em comum a capacidade de gerar radicais hidroxila de elevada reatividade que exibem, contudo, uma baixa seletividade (MACHADO, 2014). Com relação à utilização de catalisadores, os POA po- dem ser agrupados em duas classes: processos hete- rogêneos (uso de catalisadores sólidos) e processos homogêneos, ambos podendo utilizar radiação ultra- violeta (UV). A Tabela 1 apresenta os principais POA encontrados na literatura. A vantagem dessas tecnologias é a possibilidade da au- sência de subprodutos, por se tratarem de processos destrutivos. Borba et al. (2014) realizaram processo foto- Fenton para efluente de curtume e, em condições opera- cionais ótimas, obtiveram uma remoção de quase 100% da demanda química de oxigênio (DQO), cor e turbidez. Nesse contexto, o intuito deste trabalho foi realizar ex- perimentos práticos e propor uma alternativa de tra- tamento para essa tipologia de resíduo. Os resultados encontrados para tratamento de resíduos dos equipa- mentos automatizados e dos reagentes de laboratórios clínicos podem ser utilizados em diversas realidades, de acordo com a comparação da concentração de con- taminantes contida em cada efluente. Ante o exposto, o presente trabalho justificou-se pelo seu potencial em avaliar e comparar diferentes tecnologias de POA para utilização no próprio local de geração do resíduo em substituição à incineração, rota utilizada na instituição estudada, a qual apresenta um custo elevado. Pretende- -se, com os resultados obtidos, possibilitar a otimização e o aperfeiçoamento dos processos de destinação final dos resíduos químicos gerados na instituição estudada e con- tribuir com um modelo de tratamento que possa ser utili- zado por outros geradores de RSS, assim como foi realiza- do por laboratório de São Carlos, que pode segregar seus resíduos químicos gerados e tratá-los de acordo com as especificidades necessárias de cada grupo. O laboratório Processo Homogêneo Heterogêneo Com irradiação O 3 /UV Fotocatálise Heterogênea TiO 2 /O 2 /UV H 2 O 2 /UV O 3 /H 2 O 2 /UV Foto-Fenton Sem irradiação O 3 /HO- O 3 /catalisadorO 3 / H 2 O 2 Reativo de Fenton Tabela 1 – Sistemas típicos de processos oxidativos avançados. UV: ultravioleta. Fonte: Costa e Cangerana (2016, p. 81). Estudo de tratamento de efluente de serviço de saúde para redução de custos econômicos e impactos ambientais 93 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 traz uma abordagem diferenciada de utilização de POA para resíduos químicos e bioquímicos que pode ser repli- cada em outras instituições, como proposto por este es- tudo (ALBERGUINI; SILVA; REZENDE, 2005). MATERIAIS E MÉTODOS Para a pesquisa, foi realizado levantamento bibliográfico de estudos de POA desenvolvidos para diferentes tipos de tratamento de efluente, por diversas técnicas, como: oxi- dação com peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), fotólise (UV), oxidação H 2 O 2 /UV artificial, reagente de Fenton, coagula- ção (Fe2+), foto-Fenton. Com base na bibliografia levanta- da, pode-se identificar que POA são efetivos para diversos tipos de efluente, especialmente os de RSS, e o que deve ser levado em conta é a melhor eficiência econômica, de acordo com as características do efluente a ser tratado. O objetivo deste estudo é apresentar uma proposta de tratamento para efluente de equipamento laboratorial automatizado, gerado em laboratório de assistência à saúde, por meio de POA. Foi utilizado resíduo quí- mico/efluente oriundo do Laboratório de Diagnóstico, Ensino e Pesquisa (Ladep), do Centro de Saúde Escola Germano Sinval Faria, da Escola Nacional de Saúde Pú- blica Sergio Arouca (ENSP) da Fiocruz. Esse laboratório utiliza o equipamento de análise Labmax 240 Premium, o qual realiza testes bioquímicos e imunoquímicos de sangue e soro humano para assistência à saúde hu- mana. Conforme dados informados pela pesquisadora responsável pelo laboratório, esse equipamento reali- za mensalmente 3.500 análises em média, gerando vo- lume médio de efluente de 200 litros mensais. Esse tipo de efluente foi escolhido de forma representa- tiva, por ser gerado em análises realizadas por diversos laboratórios clínicos da Fiocruz. Nessas análises, a mistura de amostras biológicas com diversos reagentes químicos, de acordo com cada análise específica, gera um efluente complexo, composto de agentes biológicos patogênicos e componentes químicos recalcitrantes. Em diagnósti- co dos resíduos químicos gerados na Fiocruz, essa tipo- logia de resíduo foi definida como bactericidas. Entre os 34.299,05 litros coletados anualmente nos laboratórios da Fiocruz, quantificou-se o volume médio anual de co- leta de 10.798,3 litros de bactericidas, representando a proporção de 31,48%, o que demonstra a relevância na mudança do tratamento direcionado para esse grupo es- pecífico (MACHADO, 2010). O Labmax 240 Premium é um equipamento compac- to de alto desempenho que realiza testes bioquímicos e imunoquímicos, tem em sua programação diversas análises (95 testes) e pode realizar em média de 240 a 400 testes por hora. Os resíduos/efluentes são segre- gados em resíduos de reação (concentrado) e resíduos de lavagem das cubetas (diluído) LABTEST. O efluente utilizado foi o de reação, por ser mais concentrado. As amostras foram coletadas e mantidas em tempe- ratura ambiente, nas condições em que foram gera- das, sendo acondicionadas até 10 dias para utilização nos experimentos. Caracterização do efluente de estudo Antes de iniciar os experimentos, determinaram-se os se- guintes parâmetros de caracterização: pH a 25ºC, demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), carbono orgânico total (COT), cloreto, turbidez e peróxi- do de hidrogênio residual (após tratamento). Além desses, ou- tros parâmetros podem ser determinados para comprovação de eficiência da melhor alternativa de tratamento encontrada. Todas as metodologias analíticas foram utilizadas de acordo com o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA; AWWA; WPCF, 2005). Com a variação do efluente utilizado de acordo com as análises realizadas pelo equipamento, antes de cada ex- perimento caracterizou-se previamente o efluente com os seguintes parâmetros: DQO, pH e turbidez. Deve-se ressaltar que a quantidade de reagentes utilizada em cada experimento foi determinada com base no número de mols (quantidade de matéria orgânica) de DQO inicial. Cabe ressaltar que, como os reagentes utilizados são pa- dronizados, os reagentes inorgânicos são constantes na amostra, podendo-se considerar os dados de DQO final para calcular a razão molar de reagente necessária. As- sim, pela determinação da DQO inicial de cada amostra, pode-se obter a concentração em mg O 2 /L e, por conse- guinte, calcular a razão molar, de cada método proposto, para a obtenção da concentração de oxidante desejada. Machado, G.; Yokoyama, L. 94 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 Tratamento do efluente com POA Para o tratamento do efluente de serviço de saúde, fo- ram testados os seguintes processos oxidativos: oxida- ção com peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), oxidação H 2 O 2 / UV artificial, fotólise (UV), reagente de Fenton, coagula- ção (Fe2+), foto-Fenton. O volume das amostras de estu- do submetidas aos processos oxidativos foi de 400 mL. A determinação das dosagens de reagente foi realizada em aparelho de Jar-Test e, quando da utilização de ra- diação (UV), foi utilizado equipamento específico cons- truído de acordo com pesquisa de Bessa, Sant’anna Jr. e Dezotti (2001) para emissão de radiação UV no pro- cesso. Todos os ensaios foram realizados à temperatu- ra ambiente de 25ºC, sob agitação por um período de tempo preestabelecido de 120 minutos. Foram retiradas alíquotas para análise de H 2 O 2 residual, turbidez e DQO, em 60 e 120 minutos, para aferição dos dados obtidos. Os experimentos foram conduzidos segundo a Tabela 2. Para realização dos experimentos utilizando radiação UV, construiu-se reator como descrito a seguir. Equipamento de radiação UV Como o efluente utilizado no estudo é oriundo de laboratório com baixa geração, planejaram-se expe- rimentos para tratamento com reator em batelada. O reator de UV foi construído de acordo com pesquisa Grupo de Experimentos 1 Oxidação com H 2 O 2 , em função do pH, na ausência de catalisador Variação pH (2, 4, 6, 8, 10, 12) Condições: razão molar (H 2 O 2 :DQO) = 1:1, em 60 minutos de reação Grupo de Experimentos 2 Oxidação H 2 O 2 /UV Variação pH (3, 4, 6, 7, 8, 10, 12) Condições: razão molar (H 2 O 2 :DQO) = 1:1, UV = 247 W/m2 Grupo de Experimentos 3 Fotólise UV Condições: pH 7,0 e UV = 247 W/m2 Grupo de Experimentos 4 Fenton Variação pH (2, 3, 4) Condições: razão molar (H 2 O 2 :DQO) = 3:1 e catalisador na razão mássica (H 2 O 2 :Fe2+) = 5:1 Grupo de Experimentos 5 Fenton Variação H 2 O 2 :Fe2+ (3:1; 5:1; 10:1) Condições: razão molar (H 2 O 2 :DQO) = 3:1 e pH 2,0 Grupo de Experimentos 6 Fenton Variação Molaridade H 2 O 2 (1, 2, 3, 4) Condições: catalisador na razão mássica (H 2 O 2 :Fe2+) = 5:1, pH = 2,0 Grupo de Experimentos 7 Oxidação H 2 O 2 (comparação Fenton) Condições: razão molar 3:1(H 2 O 2 :DQO) e pH = 2,0 Experimento 8 Fenton fracionado (variação adição fracionada) Adição Fracionada do H 2 O 2 em três etapas: 1,5:1 (H 2 O 2 :DQO) no início, 0,75:1 (H 2 O 2 :DQO) em 30 minutos e 0,75:1 (H 2 O 2 :DQO) em 60 minutos Condições: razão mássica H 2 O 2 :Fe2+ de 5:1, em pH 2,0, com controle em 30, 60 e 120 minutos Experimento 9 Foto-Fenton (melhor condição Fenton) Condições: concentração de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+), pH 2,0 e UV = 247 W/m2 Experimento 10 Fenton condição ótima (DBO e COT) Condições: concentração de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e pH 2,0 Tabela 2 – Descrição dos experimentos realizados neste trabalho. UV: ultravioleta; DQO: demanda química de oxigênio; DBO: demanda bioquímica de oxigênio; COT: carbono orgânico total. Fonte: Machado (2014, p. 48). Estudo de tratamento de efluente de serviço de saúde para redução de custos econômicos e impactos ambientais 95 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 (BESSA; SANT’ANNA JR.; DEZOTTI, 2001). O modelo consiste em um invólucro isolado luminosamente, evi- tando assim exposição dos operadores aos raios UV. Dentro do reator, a amostra é colocada em béquer de vidro de 600 mL e é irradiada por meio de uma lâm- pada de mercúrio de alta pressão de 250 W (Phillips), com o bulbo do vidro removido, a qual fica alocada no topo do reator. Essa lâmpada é alocada centralmente, a 13 cm de altura da superfície do reagente, apresen- tando irradiância de 247 W/m2 (λ > 254). A tempera- tura da amostra é mantida constante mediante troca de calor externa, e, durante o período de irradiação, o efluente é agitado magneticamente. O reator utiliza- do é apresentado na Figura 1 e os equipamentos cor- respondentes utilizados internamente foram: • placa de agitação Corning, Modelo PC-420; • bomba para recirculação construída; • lâmpada de mercúrio (250 W) Phillips; • radiômetro solar KIMO, modelo SL100. Irradiância A lâmpada de UV teve seu fluxo radiante determinado por um radiômetro solar, modelo SL 100 e fabricante KIMO. A irradiância medida é o fluxo de energia recebi- da por unidade de área (W/m2), e a energia acumulada é o produto da irradiação global pelo tempo de irradia- ção, expresso em Wh/m2. O radiômetro possui um sen- sor composto de uma célula de silício expandida e um filtro de correção para a radiação difusa. Esse sensor foi exposto à irradiância na mesma altura da superfície do efluente no reator. O equipamento fornece o valor da irradiância média e assim pode ser calculada a energia acumulada durante o período de reação. Análise econômica Finalizados todos os experimentos descritos, pelos resultados obtidos foi selecionada a melhor alterna- tiva, em termos de eficiência e viabilidade técnica. A fase final baseou-se em uma análise de viabilida- de econômica combinada à viabilidade técnica para apontar a real possibilidade de substituição da rota de tratamento utilizada atualmente (incineração) para o resíduo estudado. RESULTADOS E DISCUSSÃO Caracterização do efluente de estudo O efluente a ser tratado apresenta alta variabilidade de substâncias pelo espectro de análises, alcançan- do diferentes valores de DQO e DBO, de acordo com as análises realizadas no período. Para uma maior UV: ultravioleta. Fonte: Machado (2014, p. 45). Figura 1 – Esquema do fotorreator utilizado experimentalmente. Bomba de recirculação para troca de calor Recipiente com água para troca de calor Lâmpada UV Recipiente com água para troca de calor Agitador magnético Reator em batelada para efluentes (béquer) Invólucro para proteção raio UV Machado, G.; Yokoyama, L. 96 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 compreensão das faixas da quantidade de matéria inorgânica desse efluente, foram realizadas caracte- rizações para cada amostra, obtendo-se também um valor médio de DQO de 700 mg/L. Os dados obtidos na caracterização do efluente são apresentados na Tabela 3. Quanto à biodegradabilidade do efluente caracteriza- do, ele pode ser classificado como refratário pelas con- dições verificadas (DBO/DQO = 0,19). Por isso, a biode- gradabilidade foi utilizada como amostra modelo para verificação e comparação dos tratamentos propostos para essa tipologia de efluente. Rotas de tratamento com POA Considerando-se os processos estudados, a oxidação utilizando apenas H 2 O 2 não foi efetiva, propiciando efi- ciências baixas de remoção de matéria orgânica (DQO), na ordem de 20% para concentração de oxidante molar 1:1 (H 2 O 2 :DQO) e de 32% para concentração de oxidan- te molar 3:1 (H 2 O 2 :DQO). Grande parte do oxidante uti- lizado não foi consumido no processo, indicando rea- ção lenta, como pode ser visualizado na Figura 2. A fotólise com radiação UV também não foi efetiva, apenas aumentando a turbidez do efluente e manten- do a DQO estável. Na Figura 3, são apresentados os da- dos da fotólise com radiação UV. A oxidação H 2 O 2 /UV aumentou a eficácia do processo, conforme a Figura 3. O melhor resultado foi em pH 7,0 (neutro), o que auxilia as condições de oxidação por não necessitar de alteração da faixa de pH. As condi- ções ótimas de oxidação H 2 O 2 /UV apresentaram eficá- cia de remoção de DQO de 53% e de turbidez de 45%, com consumo de 28% do oxidante. Entre todos os POA estudados, o reagente de Fenton alcançou os melhores resultados de remoção de DQO, turbidez e geração de lodo nas seguintes condições: relação molar de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única, razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e fai- xa de pH 2, em torno de 120 minutos. Essas mesmas condições foram testadas três vezes nos experimentos de: variação de pH, de variação da con- centração de H2O2 e no teste das condições ótimas para determinação da eficiência de remoção de DBO. Os re- sultados obtidos para remoção de DQO, turbidez e con- sumo de oxidante foram muito próximos em todos os testes, garantindo a reprodutibilidade dos experimentos executados e dos resultados obtidos. Os experimentos comprovam a regularidade e a eficiência dos dados obti- dos no tratamento do efluente estudado. Nas melhores condições do reagente de Fenton, foi ava- liada a remoção da DBO. Após variações das condições no reagente de Fenton, definiram-se os parâmetros operacionais ótimos: concentração molar de oxidante 3:1 (H2O2:DQO) com adição única do oxidante, razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e pH 2,0. Para comprovação da eficiência do processo, realizou-se ex- perimento nessas condições (experimento 10) com a Parâmetro Valores DQO Valores entre 786 e 551 mg/L DBO Valores entre 184 e 95 mg/L Biodegradabilidade (DBO/DQO) Relações entre 0,19 e 0,23 COT 148,45 mg/L Cloreto 40,10 mg/L Turbidez 16,3 NTU pH 6,95 Tabela 3 – Dados obtidos na caracterização do efluente. DQO: demanda química de oxigênio; DBO: demanda bioquímica de oxigênio; COT: carbono orgânico total. Fonte: Machado (2014, p. 54). Estudo de tratamento de efluente de serviço de saúde para redução de custos econômicos e impactos ambientais 97 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 amostra de efluente mais concentrada após caracteri- zação (DQO de 786 mg/L). Utilizou-se amostra de efluente mais concentrada para certificar que, mesmo nas flutuações de maior con- centração de matéria orgânica, a disposição final do efluente tratado será adequada à legislação ambiental vigente. Para comprovação dessa eficiência, mediu-se também o parâmetro DBO. Como o intuito é certificar o resultado final, foram coletadas amostras para aná- lise somente no final do ensaio, após 120 minutos de reação. A Figura 4 apresenta os dados de eficiência ob- tidos dos parâmetros utilizando concentração de oxi- dante 3:1 (H2O2:DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e pH 2,0 em 120 minutos. Nessas condições ótimas, obtiveram-se eficiências de remoção de DQO de 73,4%, de DBO de 46%, de turbi- dez de 90,1%, com consumo total do oxidante (H 2 O 2 ) e geração de 2.126 mg/L de SST referente ao lodo gerado. Para estudo do foto-Fenton (experimento 9), utiliza- ram-se as condições ótimas obtidas no reagente de Fenton: pH ótimo 2,0, catalisador (5:1 - H 2 O 2 :Fe2+) e oxi- dante (3:1 - H 2 O 2 : DQO) com adição única no início, UV= 247 W/m2, e o tempo de oxidação definido foi de 120 mi- nutos, com coleta das amostras em 60 e 120 minutos. Os resultados obtidos podem ser visualizados na Figura 5. O processo foto-Fenton apresentou melhor eficiência de remoção de DQO em relação ao reagente de Fen- DQO: demanda química de oxigênio. Fonte: Machado (2014, p. 57). Figura 2 – Oxidação com peróxido de hidrogênio, em função do pH, na ausência de catalisador. Condições: razão molar [H 2 O 2 ]:[DQO] = 1:1; valores de pH 2, 4, 6, 8, 10 e 12, em 60 minutos de reação. Re m oç ão /c on su m o (% ) 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 pH 2 4 6 8 10 12 2,5 31,9 3,5 11,4 57,6 21,2 23,3 56,1 5,9 12,3 54,0 2,4 17,3 57,7 16,5 25,1 61,7 16,5 Remoção DQO Remoção turbidez Consumo H 2 O 2 DQO: demanda química de oxigênio; UV: ultravioleta. Fonte: Machado (2014, p. 65). Figura 3 – Oxidação H 2 O 2 /UV na concentração 1:1(H 2 O 2 :DQO), UV= 247 W/m2, em 60 e 120 minutos, e valores de pH: 6, 7, 8, 10, 12. Re m oç ão /c on su m o (% ) Remoção DQO Consumo H 2 O 2 60 50 40 30 20 10 00 pH/tempo (minutos) 60 120 4 6 7 8 10 12 60 120 60 120 60 120 60 120 60 120 24 03 31 20 12 11 40 18 28 16 53 28 18 14 35 31 36 03 31 22 2720 12 40 Machado, G.; Yokoyama, L. 98 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 ton, ainda que muito próximas, com remoção de DQO de 76,1%, como pode ser constatado na Figura 5. Com- parando-se as técnicas quanto aos parâmetros avalia- dos, o processo foto-Fenton tem maiores custos de instalação e de operação pela necessidade de radiação UV. Levando-se em consideração que esse processo apresenta eficiência da remoção de DQO similar ao Fenton convencional, não se justificam os custos adi- cionais. A diferença é que, por meio do foto-Fenton, esses resultados são obtidos já na primeira hora reacio- nal, reduzindo o tempo reacional pela metade. Em relação ao custo/benefício do processo, o consu- mo praticamente dobrado de oxidante para elevar a eficiência de 5 a 7% não é necessário nesse caso espe- cífico, pois o efluente já está adequado para descarte nas condições encontradas ótimas com Fenton (3:1). Para outros efluentes de maior recalcitrância, essa con- dição pode ser utilizada. Mais estudos em relação às viabilidades técnica e econô- mica de cada processo podem indicar exatamente qual a melhor rota de tratamento para outros tipos de efluente. Caso esse processo seja conduzido industrialmente, essas duas técnicas devem ser mais bem estudadas, levando em conta todos os parâmetros envolvidos, como: gasto com energia elétrica, radiação UV, tempo reacional, dis- posição final do lodo gerado e consumo de oxidante. Análise econômica Após finalização dos experimentos e definição da melhor alternativa, em termos de eficiência e viabilidade técnica, utilizou-se cotação prévia e estimativa de custo para de- terminar os custos operacionais desse processo e verificar a possibilidade de alterar a rota de tratamento utilizada atualmente (incineração). De acordo com pesquisa que deu base a este artigo (MACHADO, 2014), o custo para tratamento em em- presas licenciadas ambientalmente para incineração é de R$ 2,80 por quilograma e para aterro industrial classe I é de R$ 0,55 por quilograma. O custo de rea- gentes para laboratório (SIGMA ALDRICH, 2019), to- dos com o mesmo fabricante Vetec, é de R$ 21 por litro de peróxido de hidrogênio — 30%; R$ 25 por qui- lograma de sulfato ferroso P.A; R$ 44 por litro de ácido sulfúrico 0,1N P.A; e R$ 38 por quilograma de hidróxi- do de sódio 0,1N P.A. DBO: demanda bioquímica de oxigênio; DQO: demanda química de oxigênio. Fonte: Machado (2014, p. 81). Figura 4 – Reagente de Fenton – Melhor Condição – Determinação da Eficiência de Remoção de DBO, utilizando concentração de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e pH 2,0 em 120 minutos. Remoção DQO Remoção turbidez Consumo H 2 O 2 Remoção DBO Re m oç ão /c on su m o (% ) 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Fenton 73,4 90,1 99,9 46,0 Estudo de tratamento de efluente de serviço de saúde para redução de custos econômicos e impactos ambientais 99 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 Os custos associados ao tratamento de um litro do efluente estudado por reagente de Fenton estão apresentados na Tabela 4.O cálculo do lodo a ser des- tinado considera que o precipitado gerado no proces- so de oxidação com reagente de Fenton será filtrado e armazenado para disposição final. Logo, não foi uti- lizado o volume de lodo gerado, mas o SST. Com base nos dados de SST (2.126 mg/L) (MACHADO, 2014), realizaram-se novos cálculos considerando que o lodo após filtração ainda retém 95% de umidade. O valor obtido no SST representa apenas 5% do lodo gerado. Pelos cálculos, obteve-se o valor de 42,52 g/L, já sen- do considerada a umidade presente. Em relação ao custo dos demais reagentes, o cálculo foi realizado de acordo com dados práticos e quantidades utilizadas no experimento final. DBO: demanda bioquímica de oxigênio; UV: ultravioleta. Fonte: Machado (2014, p. 82). Figura 5 – Foto-Fenton – condições ótimas do reagente de Fenton. Foram realizados experimentos na concentração de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+), pH 2,0, UV = 247 W/m2, nas seguintes faixas: 60 e 120 minutos. Remoção DQO Remoção turbidez Consumo H 2 O 2 Re m oç ão /c on su m o (% ) 100,0 120,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Variação tempo (minutos) 60 120 76,4 92,1 99,8 76,1 78,9 100,0 Insumo Quantidade/ litro efluente tratado Custo (R$) H 2 O 2 11,5 mL 0,2415 H 2 SO 4 5 mL 0,22 Na(OH) 5 mg 0,19 FeSO 4 ·7H 2 O 4,5 g 0,1125 Lodo Gerado 42,52 g/L 0,0233 Total - 0,787386 = 0,79 Tabela 4 – Cálculo do custo para tratamento de um litro de efluente. Fonte: Machado (2014, p. 75). Machado, G.; Yokoyama, L. 100 RBCIAMB | v.55 | n.1 | mar 2020 | 89-102 - ISSN 2176-9478 O custo para incineração de 1 kg de resíduo químico é R$ 2,80, já o custo operacional primário para o reagen- te de Fenton é de R$ 0,79 centavos por litro, contabili- zando a disposição final do lodo gerado. Dessa forma, alterando-se a forma de destinação, para cada litro de efluente tratado, tem-se uma economia de 71,8%. Logo, a utilização de vias específicas para tratamento de RSS pode minimizar impactos ambientais e custos econô- micos quando os efluentes são tratados com base no co- nhecimento das suas características específicas, como o caso estudado. No tratamento de RSS, esse tipo de resíduo pode ser simplificado e realizado na estrutura do gerador. CONCLUSÕES Os resultados indicam que os POA são efetivos em ter- mos de remoção de matéria orgânica no tratamento do efluente de serviço de saúde, especificamente resí- duo de análises bioquímica e imunoquímica de sangue e soro humano. Com isso, a utilização de Fenton pode substituir a destinação final atualmente usada, que é a incineração. Os POA estudados foram: oxidação com peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ), oxidação H 2 O 2 /UV arti- ficial, fotólise (UV), reagente de Fenton e foto-Fenton. Entre os POA analisados, o reagente de Fenton apre- sentou as maiores remoções de DQO e turbidez. As me- lhores condições de remoção foram: concentração mo- lar de oxidante 3:1 (H 2 O 2 :DQO) com adição única; razão mássica de catalisador 5:1 (H 2 O 2 :Fe2+) e faixa de pH 2,0. Essas condições ótimas propiciaram eficiências de re- moção de DQO de 73,4 %, de DBO de 46%, de turbidez de 90,1%, com consumo total do oxidante (H 2 O 2 ) e ge- ração de 2.126 mg/L de SST referente ao lodo gerado. Tomando como referência o reagente de Fenton, nas condições ótimas, a remoção de DBO obtida é de 46%, e a concentração final de DBO no efluente tratado é de 99,7 mg/L. De acordo com a legislação ambiental (BRASIL, 2011), para disposição final de efluente de serviço de saú- de, a DBO máxima no efluente final deve ser de 120 mg/L ou a eficiência de remoção mínima de DBO deve ser de 60%. O valor obtido nos experimentos (99,7 mg/L) está no limite estabelecido pela legislação federal. A legislação estadual no Rio de Janeiro também esta- belece remoção mínima de DBO em 30%, pelo efluente ser gerado em pequenos laboratórios e a carga orgâni- ca ser considerada abaixo de 5 kg DBO/dia. O processo utilizado adequa-se tecnicamente a ambas as legisla- ções, federal e estadual. Verificou-se na análise econômica que, com a utili- zação do reagente de Fenton, o custo de tratamento para cada litro de efluente é de R$ 0,79. A alteração da rota de tratamento propicia uma economia de 71,8%. Essa economia pode ser otimizada, pois os reagentes cotados possuem alta qualidade e preço elevado. Além disso, custos com transporte serão reduzidos, pois o tratamento é realizado in loco. Para implementação desse projeto, pode-se utilizar a renda obtida na subs- tituição dos processos para pagar os investimentos ini- ciais e os custos fixos, por meio de estudo que conside- re o tempo de retorno do investimento. Este estudo apresenta benefícios de natureza econômi- co-financeira e de eficiência de tratamento, contribuin- do para a criação de opções para o setor de pesquisa e assistência à saúde humana, para a redução dos custos e a competitividade do setor no gerenciamento de RSS. Por fim, é importante que o tratamento de efluentes de serviço de saúde seja difundido nos diversos gera- dores, de pequeno a grande porte, para que, com base em avaliação econômica e ambiental, com resolução simples e prática, seja possível a otimização desses processos, obtendo-se menores impactos ambientais globais e também redução de custos. REFERÊNCIAS ALBERGUINI, L.B.A.; SILVA, L.C.; REZENDE, M.O.O. 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