Performance of a Two-Stage Ammonia Removal Technology Based on Advanced Oxidation Processes: Effects of Operating Conditions

O ar que cheira a amônia é mais do que apenas um incômodo desagradável; é um contribuinte significativo para o dano ambiental. Quando liberado na atmosfera, principalmente proveniente de atividades agrícolas, este gás ajuda a formar partículas finas que degradam a qualidade do ar, acidificam o solo e a água e causam sobrecarga de nutrientes nos ecossiosistemas. À medida que as regras ambientais se tornam mais rigorosas, o desafio não é apenas remover este gás dos fluxos de resíduos, mas fazê-lo sem criar novos problemas, como águas residuais caras ou altos custos de energia. Cientistas há muito buscam nos processos de oxidação avançada uma solução. Estes são métodos que utilizam reações químicas poderosas, frequentemente desencadeadas pela luz, para decompor poluentes. O objetivo é transformar a amônia nociva em formas de nitrogênio oxidadas e estáveis que possam ser potencialmente capturadas e reutilizadas, transformando um subproduto em um recurso.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Técnica de Ostrava e da empresa Dekonta tem testado um sistema específico de duas etapas projetado para enfrentar este problema. O trabalho deles foca em uma tecnologia que primeiro utiliza luz ultravioleta para tratar o ar carregado de amônia e, em seguida, move os compostos capturados para uma fase líquida, onde são tratados com peróxido de hidrogênio e mais luz. Os pesquisadores queriam entender exatamente como as condições operacionais deste sistema afetam sua capacidade de remover a amônia e quais compostos específicos de nitrogênio restam. Eles estavam particularmente interessados em saber se poderiam controlar o processo para produzir espécies de nitrogênio úteis e recuperáveis, em vez de uma mistura de subprodutos indesejados.

O experimento começou com ar contendo amônia, que foi gerada borbulhando ar através de uma solução de hidróxido de amônio. Este ar entrou primeiro na etapa inicial do sistema, um reator de aço inoxidável equipado com lâmpadas de mercúrio de baixa pressão que emitem luz ultravioleta em comprimentos de onda específicos. Os pesquisadores descobriram que a presença de vapor de água nesta etapa era crucial. Quando o ar era umidificado, a remoção de amônia melhorava significamente. Isso sugere que o vapor de água ajuda a criar as espécies reativas necessárias para decompor a amônia. Mesmo sem a luz ultravioleta, parte da amônia era removida simplesmente por ser absorvida pela água, mas a luz tornou o processo muito mais eficaz. Esta primeira etapa provou que a umidade controlada é um fator fundamental para preparar a amônia para a próxima etapa.

A segunda etapa da tecnologia é onde a verdadeira transformação acontece. O ar, agora carregando os produtos da primeira etapa, move-se para um lavador úmido (scrubber) e depois através de uma série de reatores tubulares. Aqui, o sistema utiliza uma solução de peróxido de hidrogênio, que é um forte agente oxidante, combinada com luz ultravioleta. Esta combinação gera radicais hidroxila, que são moléculas altamente reativas que atacam os compostos derivados da amônia na água. Os pesquisadores descobriram que a forma como adicionavam o peróxido de hidrogênio importava muito. Adicioná-lo com mais frequência mantinha um suprimento constante de oxidante disponível, tornando o processo mais eficiente. Eles também observaram que a quantidade de amônia que entrava no sistema alterava o resultado. Quando a carga inicial de amônia era maior, o sistema produzia mais nitrogênio oxidado, mas o equilíbrio mudava. Em vez de converter tudo em nitrato, uma forma estável de nitrogênio, o processo deixava para trás mais nitrito. Isso indica que, em níveis mais altos de amônia, o sistema tem dificuldade em completar a etapa final de transformar o nitrito em nitrato.

A equipe também teve que lidar com um obstáculo prático em suas medições. Inicialmente, tentaram medir a amônia restante diretamente na água usando um teste químico padrão, mas descobriram que o peróxido de hidrogênio na solução interferia nos resultados, tornando os dados não confiáveis. Para contornar isso, mediram o total de nitrogênio na água e rastrearam as quantidades específicas de nitrito e nitrato. Ao observar o balanço desses compostos, puderam determinar com precisão quanta amônia havia sido convertida. Eles descobriram que simplesmente deixar a água parada nos reatores por mais tempo não melhorava automaticamente os resultados. Essa descoberta destaca que o movimento físico do líquido e a disponibilidade do agente oxidante são tão importantes quanto o tempo que a luz brilha sobre a mistura.

O estudo conclui que, embora a tecnologia de duas etapas seja eficaz, ela requer um ajuste cuidadoso para funcionar em seu nível ideal. Os pesquisadores descobriram que umidificar o ar na primeira etapa potencializa o desempenho, e que a estratégia para adicionar peróxido de hidrogênio na segunda etapa dita a eficiência da reação. No entanto, o sistema tem um limite: quando muita amônia é introduzida, o processo favorece a formação de nitrito em vez de nitrato. Os autores sugerem que as melhorias futuras devem focar na otimização do fluxo e das condições químicas para levar a conversão até o nitrato, garantindo que o máximo de nitrogênio seja recuperado em uma forma estável e útil. Este trabalho fornece um roteiro claro para o refinamento de uma tecnologia que pode ajudar a limpar o ar enquanto recupera recursos valiosos a partir de resíduos.