Degradação do Benzo(a)Pireno em Matrizes Aquosas por … · 2017. 8. 28. · Os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos são considerados poluentes prioritários, devido às suas

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Departamento de Engenharia Quiacutemica

Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Matrizes Aquosas por Oxidaccedilatildeo Quiacutemica com

Reagente de Fenton

Zeacutelia Maria Maia Sousa Dias (Licenciada em Engenharia Quiacutemica - FEUP)

Dissertaccedilatildeo submetida para satisfaccedilatildeo parcial dos requisitos do grau de mestre em

Engenharia do Ambiente (Ramo de Tratamento de Aacuteguas e Aacuteguas Resiacuteduais)

Dissertaccedilatildeo realizada sob a supervisatildeo de

Professora Doutora Arminda Alves

Professora Doutora Luacutecia Santos

do Departamento de Engenharia Quiacutemica

da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Porto Marccedilo 2008

Agradecimentos

Agraves pessoas que trabalham no Laboratoacuterio de Engenharia de Processos Ambiente e

Energia (LEPAE) e no Departamento de Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia

Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (DEQ-FEUP) pelos meios

disponibilizados para a realizaccedilatildeo experimental deste trabalho

Agrave Carla Afonso e agrave Faacutetima Costa por todo o apoio companheirismo e incentivo

demonstrado para que meu trabalho na Segalab fosse assegurado durante os meus periacuteodos

de ausecircncia para realizaccedilatildeo deste trabalho

A todas as pessoas que ajudaram a construir um bom ambiente de laboratoacuterio Berta

Joana Salomeacute e Elisabete

Agrave minha orientadora Professora Doutora Arminda Alves bem como agrave Professora

Doutora Luacutecia Santos que me proporcionaram todas as condiccedilotildees ao seu alcance para que

pudesse concluir com ecircxito esta Tese de Mestrado

Agrave minha famiacutelia em especial agrave minha matildee por me apoiarem e aconselharem durante

todo o periacuteodo de realizaccedilatildeo desta Tese e sem os quais este trabalho teria sido impossiacutevel de

realizar

Ao meu namorado Rui Andrade por toda a compreensatildeo dedicaccedilatildeo e paciecircncia

demonstrada ao longo deste percurso

Em especial agrave minha Avoacute a quem dedico esta Tese pois sei que ficaria muito orgulhosa e

feliz por ter concluiacutedo este trabalho

i

Resumo

Os Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos satildeo considerados poluentes prioritaacuterios

devido agraves suas caracteriacutesticas toacutexicas canceriacutegenas e mutageacutenicas tanto pela Uniatildeo Europeia

(UE) como pela Agecircncia de Protecccedilatildeo Ambiental (US - EPA) No entanto apenas 16 estatildeo

listados como compostos orgacircnicos prioritaacuterios na qual o Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm

lugar Portugal a UE e a US - EPA tecircm vindo a impor limites legais para a descarga destes

compostos nas diferentes matrizes ambientais (Ar Aacutegua e Solo)

A sua origem no ambiente provem de fontes naturais (tais como combustatildeo incompleta a

temperatura elevada) e antropogeacutenicas (tais como traacutefego e produccedilatildeo de energia) Vaacuterios

cientistas tecircm vindo a desenvolver processos para remover eou reduzir estes poluentes no

ambiente

Estatildeo descritos na literatura processos de remoccedilatildeo de PAHs em particular do BaP em

diferentes matrizes ambientais os quais podem ser biodegradaccedilatildeo adsorccedilatildeo e tratamento

fiacutesico quiacutemico tais como Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

Os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada podem ser considerados os mais apropriados para

remover PAHs da aacutegua no entanto alguns aspectos relacionados com a reactividade

mecanismo cineacutetica e produtos intermediarios continuam pouco conhecidos

O objectivo deste trabalho foi avaliar e optimizar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente

Fenton (AOP)

Para tal foi necessaacuterio implementar e validar o meacutetodo analiacutetico para a quantificaccedilatildeo do

BaP A quantificaccedilatildeo do BaP foi feita em HPLC com detector de fluorescecircncia (FID) pelo

meacutetodo do padratildeo externo com cinco padrotildees Para avaliar a linearidade procedeu-se agrave

representaccedilatildeo graacutefica da funccedilatildeo (Aacuterea=f(concentraccedilatildeo)) juntamente com o caacutelculo e anaacutelise

do coeficiente de correlaccedilatildeo da qual se obteve uma funccedilatildeo linear na gama de concentraccedilotildees 1

a 100 microgL

ii

O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL a meacutedia da precisatildeo intermeacutedia variou entre

35 e 139 e a exactidatildeo obtida pela meacutedia da percentagem de recuperaccedilatildeo foi de 783 Na

ausecircncia de resultados de ensaios interlaboratoriais procedeu-se agrave comparaccedilatildeo do caacutelculo da

estimativa da incerteza por dois conceitos (bottom-upEurochem and top-down modificado)

As experiecircncias de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram realizadas numa instalaccedilatildeo

constituiacuteda por um reactor de 260 ml e um banho termostatizado Procedeu-se agrave optimizaccedilatildeo

de quatro variaacuteveis (pH temperatura concentraccedilatildeo de Fe2+ e concentraccedilatildeo de H2O2) Foi

usada uma concentraccedilatildeo inicial de BaP de 10 microgL

Os resultados da optimizaccedilatildeo obtidos foram pH 35 temperatura 40 ordmC concentraccedilatildeo de

ferro 375 mgL e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50 mgL

Como oxidante quiacutemico o reagente de Fenton mostrou ser um processo eficiente na

degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP verificou-se que 984 da concentraccedilatildeo inicial do BaP era

degradado ao fim de 15 minutos de reacccedilatildeo e ao fim de 40 minutos 992

Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o reagente de Fenton nas condiccedilotildees

optimizadas pode ser aplicado no tratamento de BaP em matrizes aquosas com bons

resultados de degradaccedilatildeo Este eacute um processo economicamente viaacutevel de faacutecil implementaccedilatildeo

e eficiente

iii

Abstract

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are considered priority pollutants due to their

toxicity mutagenicity and carcinigenicity by both European Union (EU) and the Agency of

Environmental Protection (US - EPA) Although only 16 have been selected as organic

priority pollutants in the which Benzo(a)Pyrene (BaP) occupies the 7th place There for

Portugal EU and US - EPA have been imposing legal limits for the waste water discharge and

for their presence in drinking water

Both natural (such as incomplete high temperature combustions) and antropogenic

sources (such traffic or energy generation) account for their diffusion in the environment as a

consequence of atmospheric transport deposition and dispersion in the environment Several

scientists have been coming to develop processes of removing andor to reduce these

pollutants in different environmental samples (Air Water and Soil)

PAHs and BaP removal processes for different environmental samples are described in

the literature this can include biodegradation adsorption and physical-chemical such as

advanced oxidation processes (AOP)

Advanced oxidation processes can be among the most appropriate technologies to

remove PAHs from water but some aspects related to reactivity mechanism kinetics and

intermediates formed still remain unknown

The aim of this work was to evaluated and finding optimum operating condition for the

degradation of BaP with Fenton reagent (AOP)

Quantification of BaP was done by High Pressure Liquid chromatography (HPLC) with

fluorescence detector (FID) by internal standard method using five concentrations level The

method showed a good linearity between 1 and 100 microgL

Detection limit of 237 microgL average intermediate precision of 35 and 139 and

average recovery of 783 were found In the absence of available interlaboratory studies to

iv

assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

concentration in aqueous samples was 10 microgL

The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

minutes and 992 until 40 minutes of reaction

The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

implementation and efficient

v

Iacutendice Geral

Resumo i

Abstract iii

Iacutendice Geral v

Iacutendice de Tabelas vii

Iacutendice de Figuras xii

Abreviaturas xv

1 Introduccedilatildeo 1

11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

123 Fotodegradaccedilatildeo 29

124 Oxidaccedilatildeo 30

125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

126 Processos Combinados 54

1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

vi

13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

57

2 Parte Experimental 63

21 Metodologia 63

22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

3 Resultados e Discussatildeo 74

31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

314 Exactidatildeo 82

315 Incerteza Global 84

32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

5 Bibliografia 107

Anexo A 125

Anexo B 127

Anexo C 135

vii

Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

2005)

4

Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

6

Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

(Ravindra et al 2006)

11

Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

2001 (Ravindra et al 2006)

12

Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

(Mrozik et al 2002)

22

Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

2000)

23

Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

2000)

25

viii

Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

Cerniglia CE 1997)

26

Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

(adaptado de Brown et al 2003)

31

Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

37

Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

48

Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

50

Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

50

Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

tipos de matrizes

52

Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

agrave degradaccedilatildeo do BaP

56

Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

58

Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

67

ix

Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

HPLCFLD

68

Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

optimizaccedilatildeo do pH

71

Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

optimizaccedilatildeo da temperatura

71

Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

72

Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

73

Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

degradaccedilatildeo do BaP

73

Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

o BaP

82

Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

84

Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

86

Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

x

Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

incerteza

90

Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

100

Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

126

Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

reagente de Fenton em 3 dias diferentes

133

Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

134

Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

xi

Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

Fe2+

141

Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

H2O2

143

Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

condiccedilotildees oacuteptimas

145

xii

Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

2001)

5

Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

(Ravindra et al 2006)

11

Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

20

Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

33

Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

37

Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

(adaptado de Beltraacuten et al 1997)

43

Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

44

xiii

Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

44

Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

47

Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

49

Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

aquosas

64

Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

matrizes aquosas

66

Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

75

Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

76

Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

Confianccedila)

79

xiv

Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

a passo e segundo Thompson para o BaP

92

Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

94

Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

95

Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

97

Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

97

Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

99

Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

99

Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

H2O2=50 mgL

102

xv

Abreviaturas

Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

BaP Benzo(a)Pireno

[BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

BbF Benzo(b)fluoranteno

BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

CO2 Dioacutexido de Carbono

Conc Concentraccedilatildeo

CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

ECD Detector de Captura de electrotildees

EPA Environmental Protection Agency

FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

Fla Fenantreno

FLD Fluorescecircncia

GC Cromatografia Gasosa

GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

IC Intervalo de Confianccedila

xvi

ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

ICb Intervalo de confianccedila do declive

IPCS International Programme on Chemical Safety

K Kelvin

Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

LCSS Limite de Controlo Superior Superior

LD Limite de detecccedilatildeo

LVI Large volume injection

MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

MASE Membrane assisted solvent extraction

N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

ND Natildeo detectado

NQA Normas de Qualidade Ambiental

PA Poliacrilato

PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

PDMS Polidimetilsiloxano

PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

Sb Desvio padratildeo associado ao declive

Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

xvii

SBaP Desvio padratildeo do BaP

SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

SFE Supercritical Fluid Extraction

SPE Solid Phase Extraction

SPME Solid Phase MicroExtraction

Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

Tamb Temperatura ambiente

TiO2 Oxido de titacircnio

TOC Carbono Orgacircnico Total

Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

u Incerteza absoluta

U Incerteza relativa

U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

US - EPA United States Environmental Protection Agency

UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

xi Concentraccedilatildeo de analito

X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

xviii

y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

λEm Comprimento de onda de emissatildeo

λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

Introduccedilatildeo

1

1 Introduccedilatildeo

Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

destes compostos (Lee et al 1981)

Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

(BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

(Finlayson-Pitts et al 1997)

Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

Introduccedilatildeo

2

Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

seus autores (Costa 2001)

A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

ambientais e bioloacutegicas

Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

Fenton (Flotron et al 2005)

Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

Introduccedilatildeo

3

11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

Composto muito pouco volaacutetil

Natildeo tem odor

Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

Baixas pressotildees de vapor

Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

Introduccedilatildeo

4

Baixa solubilidade em aacutegua

Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

Foacutermula Molecular C20H12

Estrutura Molecular

CAS Number 50-32-8

Massa Molecular (gmol) 2523093

Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

Log Kow (1) 650

Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

Introduccedilatildeo

5

111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

Introduccedilatildeo

6

Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

degradaccedilatildeo natural

Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

Volatilizaccedilatildeo

Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

Biodegradaccedilatildeo

Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

Solo Plantas Partiacuteculas

Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

e de diferentes zonas geograacuteficas

Introduccedilatildeo

7

Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

Rio Qiantang ND-1010 mgL

Canal Hangzhou ND-6640 mgL

Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

Lago West ND-1022 mgL

Zhu et al 2004

Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

Greacutecia

Aacuteguas superficiais

Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

1064-11520 pgL

Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

500-7136 pgL

Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

2-50 ngL

Dinamarca (Horsholm)

Aacutegua de consumo humano 004 ngL

Finlacircndia (Helsinquia)

Aacutegua de consumo humano 005 ngL

Dinamarca (Copenhaga )

Aacutegua de consumo humano 005 ngL

Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

Manoli et al 1999

Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

Introduccedilatildeo

8

112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

(Netto et al 2000)

As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

Introduccedilatildeo

9

Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

Categoria Referecircncias

Fontes estacionaacuterias

Induacutestria de ferro Yang et al 1998

Fontes moacuteveis

Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

Fontes de combustatildeo

Fontes de combustatildeo Park et al 2002

Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

Fontes caseiras

Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

Queima de incenso Li e Ro 2000

Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

Introduccedilatildeo

10

Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

Automoacuteveis

ToyotaHilux 2099 microgKg

AacutesiaTopic 16315 microgKg

Mercedes Benz Sprinter F310D ND

Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

Abrantes et al 2004

Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

queimado

01 tonano (Alemanha)

Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

IPCS 1998 Ravindra et al 2006

Cinzas e fuligem de unidades residenciais

Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

Lenha de pinheiro 1747 mgKg

Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

Turfa 286 mgKg

Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

Kakareka et al 2005

Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

Emissotildees de combustatildeo

Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

Vidoeiro Seco 1096 microgm3

Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

Turfa ND

Kakareka et al 2005

Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

a 164 tonano ateacute 2001

Introduccedilatildeo

11

Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

(ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

al 2006)

Introduccedilatildeo

12

Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

Introduccedilatildeo

13

113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

2007)

Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

na pele (Luttrell et al 2007)

O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

deles ainda desconhecidos

Introduccedilatildeo

14

Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

aerossoacuteis atmosfeacutericos

A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

composto (IPCS 1998)

O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

microgKg Bibliografia

Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

Camargo et al 2003

Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

Camargo et al 2003

Introduccedilatildeo

15

Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

(inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

2000)

A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

(Netto et al 2000)

A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

et al 2000)

Introduccedilatildeo

16

A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

Introduccedilatildeo

17

115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

incluindo ar aacutegua e solos

Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

vigor para aacutegua

Introduccedilatildeo

18

Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

4 PAHs 010 microgL DL 24301

Benzo(a)Pireno 001 microgL

DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

(MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

interiores Outras aacuteguas de

superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

Benzo(ghi)perileno 191-24-2

Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

Introduccedilatildeo

19

12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

adsorvido

Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

sedimentos)

121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

Temperatura

pH

Substacircncias toacutexicas

Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

microrganismos tolerantes aos poluentes

Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

de degradar o BaP

Introduccedilatildeo

20

Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

(Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

alguns desses microrganismos

Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

PAH Microrganismos

Benzo(a)Pireno

Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

(Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

Introduccedilatildeo

21

Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

2004)

A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

Introduccedilatildeo

22

Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

Composto Bacteacuteria Metabolitos

Cis-45-BaPdihidrodiol

Cis-910-BaPdihidrodiol

Cis-78- BaPdihidrodiol

45-criseno-dicarboxilico aacutecido

Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

Benzo(a)Pireno

Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

Introduccedilatildeo

23

Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

remoccedilatildeo

CO2 produzido

Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

28

32 dias

Schneider et al 1996

Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

Introduccedilatildeo

24

Degradaccedilatildeo por Fungos

Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

Introduccedilatildeo

25

Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

Fungos Substrato de crescimento

QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

remoccedilatildeo

CO2 produzido

Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

Introduccedilatildeo

26

Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

Composto Referecircncia Metabolitos

Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

Benzo(a)pyrene-16-quinone

Benzo(a)pyrene-36-quinone

Benzo(a)pyrene-612-quinone

3-Hydroxybenzo(a)pyrene

9-Hydroxybenzo(a)pyrene

7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

dihidrodiols

Introduccedilatildeo

27

Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

Grande variedade de PAHs

acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

--- --- Pickart et al 1999

Solo

White rot fungus Bjerkandera sp Strain

BOS55 Benzo(a)Pireno

Culturas puras e condiccedilotildees

laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

Solo com creosote

Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

VUO10 201

Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

Benzo(a)Pireno

Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

e fungos ---- Boonchan et al2000

Introduccedilatildeo

28

122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

carvatildeo activado satildeo

Carvatildeo betuminoso

Ossos

Casca de coco

Turfa

Casca de noz

Resiacuteduos de petroacuteleo

Accediluacutecar

Madeira

Caroccedilo de azeitona

Caroccedilo de pecircssego

Introduccedilatildeo

29

A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

quiacutemica da sua superfiacutecie

A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

123 Fotodegradaccedilatildeo

A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

solar (Ferrarese et al 2007)

No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

Introduccedilatildeo

30

Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

124 Oxidaccedilatildeo

A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

Permanganato

O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

Introduccedilatildeo

31

Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

(Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

Introduccedilatildeo

32

Persulfato

O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

parte de compostos orgacircnicos

A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

equaccedilatildeo 2

S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

amostras de solo (Figura 7)

Introduccedilatildeo

33

Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

(adaptado de Nadim et al 2005)

125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

(HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

TiO2)

A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

Tempo (horas)

Introduccedilatildeo

34

A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

Processos com Ozono Processos sem Ozono

O3 a pH elevado H2O2 + UV

O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

O3 + H2O2 Ultra-sons

O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

O3 + TiO2 + H2O2

O3 + Ultra-sons

Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

seguintes vantagens (Yin et al 1999)

Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

oxidante aquoso

Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

Introduccedilatildeo

35

O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

descarga

O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

(Figura 8 e 9)

Fotoacutelise directa

Ozonizaccedilatildeo directa

Oxidaccedilatildeo por radical

Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

Introduccedilatildeo

36

Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

nas seguintes conclusotildees

A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

Introduccedilatildeo

37

Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

2 104 443 412 145 27

4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

Introduccedilatildeo

38

Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

com o H2O2

Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

Introduccedilatildeo

39

A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

UVTiO2

O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

geradas espeacutecies oxidativas

O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

Introduccedilatildeo

40

de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

distintas

Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

UV)

Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

a um catalisador metaacutelico

O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

(equaccedilatildeo 5)

Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

Introduccedilatildeo

41

consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

minus (Equaccedilatildeo 9)

Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

+ H+ (Equaccedilatildeo 10)

Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

As principais variaacuteveis do processo satildeo

Quantidade de ferro

Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

Razatildeo entre Fe2+H2O2

Concentraccedilatildeo de substrato

Temperatura

pH

Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

Introduccedilatildeo

42

oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

concentraccedilatildeo do material orgacircnico

Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

hidroxilo

A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

(Equaccedilatildeo 13)

Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

(0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

Introduccedilatildeo

43

Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

Introduccedilatildeo

44

Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

seguido do Fluoreno (Figura 13)

Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

Introduccedilatildeo

45

A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

Efeito da temperatura

A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

Efeito do pH

As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

maximizar a eficiecircncia

O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

reutilizaccedilatildeo

Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

Introduccedilatildeo

46

Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

(que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

de H2O2

Tempo de reacccedilatildeo (min)

Introduccedilatildeo

47

Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

Efeito do tempo de reacccedilatildeo

O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

a seguinte finalidade

Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

Reduccedilatildeo da toxicidade

Aumento da biodegradabilidade

Reduccedilatildeo da cor e cheiro

Remoccedilatildeo da CQOCBO

Introduccedilatildeo

48

Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

Experiecircncia Fe2+ (molL)

H2O2 (molL)

Fe2+sumPAHs (molmol)

H2O2Fe2+ (molmol) PAH

Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

6 1610-4 3210-4

(adiccedilatildeo em 2 passos

155 2 Mistura - BaP

Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

Introduccedilatildeo

49

Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

foram

Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

1510-5 M

Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

12

As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

Introduccedilatildeo

50

Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

PAH Nordm composto

Produto encontrado ou identificado

tempo de retenccedilatildeo

(min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

1 phthalic anhydrid 14

2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

3 acenaphthene 167

4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

em matizes aquosas

Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

Introduccedilatildeo

51

Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

Introduccedilatildeo

52

Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

Matriz PAH [BaP] T

(ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

remoccedilatildeo Bibliografia

Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

BaP concentrado em etanol

BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

Solo BaP+ 17 PAHs 25

10 ml de FeSO4= 10

mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

aneacuteis) Jonsson et al 2007

Sedimentos BaP+16 PAHs

1427 mgKg Tamb pH

sedimento 4 ml de

FeSO4= 05 M

40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

Lama

BaP+2 PAHs 031

mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

Introduccedilatildeo

53

Vantagens e desvantagens do meacutetodo

Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

convencionais

Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

todas as classes de compostos orgacircnicos

Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

decomposto

Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

Introduccedilatildeo

54

O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

aumento deste potencial

126 Processos Combinados

A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

tratamento

A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

tais como

Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

Aumento da biodegradaccedilatildeo

Custos

Produccedilatildeo de resiacuteduos

1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

Introduccedilatildeo

55

Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

o poacutes-tratamento

A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

Introduccedilatildeo

56

Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

Carvatildeo activado Zhou et al 2005

Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

Persulfato Nadim et al 2005

Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

Custos elevados Difiacutecil manuseamento

UVO3 Ledakowicz et al 2001

Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

AOPs

Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

Introduccedilatildeo

57

13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

Soluccedilotildees Aquosas

Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

Introduccedilatildeo

58

Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

arrasteFase moacutevel

Fase moacutevel

Caudal mlmin PAH

BaP λ Exc (nm)

BaP λ Em (nm)

Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

Tempo de retenccedilatildeo

BaP (min) LD Bibliografia

GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

Hwang et al 2006

GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

microgL USEPA 550

GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

microgml Anyakora et al 2005

HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

ngL Rodil et al 2007

HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

ngL Zhu et al 2004

HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

monocloroacetato de soacutedio

10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

Introduccedilatildeo

59

Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

arrasteFase moacutevel

Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

BaP λ Exc (nm)

BaP λ Em (nm)

Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

Tempo de retenccedilatildeo

BaP (min) LD Bibliografia

HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

BaP + 14 PAHs

290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

microgL Algarra et al 2005

GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

BaP + 15 PAHs

BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

microgml Anyakora et al 2006

GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

Aacutegua

A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

BaP=044 ngml Doong et al 2000

GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

Aacutegua

30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

BaP=024 ngml Doong et al 2000

GCMS SBSE Matriz aquosa

HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

Kolahgar et al 2002

GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

Heacutelio 10 mlmin

BaP + 26 PAHs

0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

ngL

Fernandez-Gonzalez et al 2007

GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

BaP + 15 PAHs

BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

microgL Wei et al 2007

LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

Introduccedilatildeo

60

Cromatografia Gasosa

O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

compostos vestiacutegiais

Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

(Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

Espectrometria de Massa)

A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

(dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

Introduccedilatildeo

61

Cromatografia Liacutequida

A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

2003)

Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

envolvidos

Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

(partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

os solutos

Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

(eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

saindo da coluna separados uns dos outros

Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

utiliza

Introduccedilatildeo

62

Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

compatiacutevel para uma larga gama de solventes

Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

dissolvidos com heacutelio

A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

Parte Experimental

63

2 Parte Experimental

21 Metodologia

A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

da metodologia usada

221 Reagentes

No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

com grau de pureza de 999

Etanol Absoluto (Panreac)

Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

HPLC

Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

apresentados na Tabela 26

Parte Experimental

64

Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

Etanol Absoluto Panreac

Sulfito de Soacutedio Merck

Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

222 Equipamento

Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

apresentado na Figura 17

Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

Parte Experimental

65

Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

cada 500 mL antes do arranque do equipamento

A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

software EZChrom Elite

Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

Legenda 1 ndash Reactor de camisa

2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

3 ndash Agitador magneacutetico

4 ndash Barra magneacutetica

5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

Parte Experimental

66

Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

aquosas

223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

500 mL

224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

mL

Parte Experimental

67

Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

Volume Total do padratildeo (ml)

1 1 10 100 2 10 10 10

3 40 40 10 4 60 60 10

5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

1 hora

Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

(micro l)

Volume Total do padratildeo (ml)

10 100 100 20 200 100

60 600 100 100 1000 100

Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

exemplo de caacutelculo

Parte Experimental

68

225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

Tabela 29

Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

λem 405 nm

Volume de injecccedilatildeo 50 microl

Tempo anaacutelise 15 minutos

226 Quantificaccedilatildeo

O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

Parte Experimental

69

23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

padratildeo para anaacutelise

Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

Parte Experimental

70

De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

mL para anaacutelise

A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

recolhidas

Optimizaccedilatildeo do pH

Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

Parte Experimental

71

Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

Fenton

Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

Parte Experimental

72

Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

Parte Experimental

73

Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

Resultados e Discussatildeo

74

3 Resultados e Discussatildeo

No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

isto eacute serve para o fim a que se destina

Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

Estimar a incerteza global associada ao resultado

Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

(especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

(declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

Resultados e Discussatildeo

75

Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

robustez

Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

fiabilidade

311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

gama de comprimentos de onda utilizados

BaP

Resultados e Discussatildeo

76

Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

BaP

BaP

Resultados e Discussatildeo

77

Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

fluorescecircncia varia bastante no tempo

Resultados e Discussatildeo

78

As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

apenas a precisatildeo

Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

situaccedilotildees (ISO 82581993)

Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

(excluindo os fora de controlo)

Resultados e Discussatildeo

79

312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

obtidos segundo o modelo do tipo

y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

declive e a a ordenada na origem

Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

Resultados e Discussatildeo

80

Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

Declive (microgL V) b=

985139

Ordenada na origem (V) a= -1558656

Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

09993

Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

Desvio padratildeo associado a a Sa=

779502

Desvio padratildeo associado a b Sb=

14091

Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

o declive) for inferior a 5

A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

Resultados e Discussatildeo

81

Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

bibliografia

O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

termos de concentraccedilatildeo

313 Precisatildeo do Meacutetodo

A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

(10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

Resultados e Discussatildeo

82

Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

Concentraccedilotildees medidas microgL

Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

microgL

Dia 1 83 645 1203

Dia 2 106 579 1205

Dia 3 109 606 1109

Dia 4 125 591 1190

Dia 5 108 568 1148

Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

CV = S x () 139 50 35

Erro relativo 64 03 171

O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

314 Exactidatildeo

A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

2006)

Resultados e Discussatildeo

83

Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

Tabela B5 do Anexo B

Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

do padratildeo adicionado

A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

Resultados e Discussatildeo

84

Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

Amostras contaminadas

Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

1 485 485

2 376 376

3 458 458

Meacutedia 440 440

Desvio padratildeo 57 57

Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

315 Incerteza Global

A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

erro que mais contribuem

Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

incerteza global

Resultados e Discussatildeo

85

Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

Incerteza associada agrave precisatildeo U3

Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

expressatildeo

(Equaccedilatildeo 15)

Em que U representa a incerteza global em

3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

(Equaccedilatildeo 16)

Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

(EurachemCITAC Guide 2000)

(Equaccedilatildeo 17)

Resultados e Discussatildeo

86

Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

Balotildees Volumeacutetricos

Incerteza (u) 0010 0024 0041

Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

Soluccedilatildeo matildee M1

Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

=00098 (Equaccedilatildeo 18)

Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

Tabela 40

Resultados e Discussatildeo

87

A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

(Equaccedilatildeo 19)

Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

Concentraccedilatildeo BaP microgL

Concentraccedilatildeo mgL

Incerteza U

Volume (mL)

Incerteza micropipeta

U Volume

(mL)

Incerteza absoluta u (mL)

U1 padrotildees

1 10 100E-02 100 0100 140

10 10 100E-02 10 0025 142

40 40 930E-03 10 0025 137

60 60 890E-03 10 0025 134

100

10 00098

100 800E-03 10 0025 129

3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

(Equaccedilatildeo 20)

Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

do Anexo B

(Equaccedilatildeo 21)

Resultados e Discussatildeo

88

Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

padratildeo neste caso n=2

Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

(Equaccedilatildeo 22)

(Equaccedilatildeo 23)

Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

efectuados

Resultados e Discussatildeo

89

Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

Incerteza relativa (U3) 623 223 159

3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

(Equaccedilatildeo 24)

Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

Rmax 853 Rmin 714

Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

U4 008

Resultados e Discussatildeo

90

3145 Incerteza Global Uglobal

A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

100 140 5676 1625 008 591

1000 142 1074 630 008 125

4000 137 250 284 008 40

6000 134 164 217 008 30

10000 129 126 161 008 24

A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

BaP na Figura 26

Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

Resultados e Discussatildeo

91

A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

em estudos de degradaccedilatildeo

Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

ordem de grandeza

A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

(Equaccedilatildeo 26)

Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

propondo o seguinte

Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

corresponde a 120 microgKg)

Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

corresponde a 138 gKg)

Resultados e Discussatildeo

92

As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

concentraccedilotildees usadas

Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

segundo Thompson (2000) para o BaP

Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

para o aumento da incerteza global

Resultados e Discussatildeo

93

Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

do BaP de 10 microgL

Resultados e Discussatildeo

94

321 Optimizaccedilatildeo do pH

As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

Resultados e Discussatildeo

95

322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

(Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

31

Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

que os restantes ensaios

Resultados e Discussatildeo

96

As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

15 minutos de reacccedilatildeo

323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

degradaccedilatildeo

Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

Resultados e Discussatildeo

97

Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

Resultados e Discussatildeo

98

Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

degradaccedilatildeo obtidos

Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

escala)

Resultados e Discussatildeo

99

Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

Resultados e Discussatildeo

100

Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

50 mgL

Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

pH 35

Temperatura ordmC 40

Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

[Fe2+][H2O2] (massa) 0075

[H2O2][Fe2+] (massa) 133

Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

[H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

Resultados e Discussatildeo

101

Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

[BaP] microgL

Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

final microgL Correcccedilatildeo de

volume BaP microgL CC0

0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

10

90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

Resultados e Discussatildeo

102

Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

(1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

Resultados e Discussatildeo

103

facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

satildeo de degradar

Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

104

4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

meacutedia de 1171 microgL

Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

1 microgL)

Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

usadas satildeo miacutenimas

Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

105

Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

aumentavam

Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

[H2O2]=50 mgL

Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

encontradas no ambiente em amostras aquosas

Sugestotildees Futuras

Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

(The statistical Discovery Software)

Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

106

Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

degradaccedilatildeo

No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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Anexo A

125

Anexo A

Efeitos do Benzo(a)Pireno

Anexo A

126

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Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

Anexo B

127

Anexo B

Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

Anexo B

128

Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

Aacuterea (Volt)

Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

Anexo B

129

Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

Aacuterea (Volts)

Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

caacutelculo de incertezas

Anexo B

130

Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

1 480671 305098 392885 1241489 316

10 8255030 8127357 8191194 902784 11

40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

(volts) A meacutedia BaP

(microgL) Aacuterea

(volts) A meacutedia BaP

(microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

(microgL)

6747887 62519660 120393266

6660841 62080551 120374984 1

6521953

6643560 83

61340482

61980231 645

119429366

120065872 1203

9182202 55839580 120416512

8638414 55769254 121282025 2

8968918

8929845 106

54979771

55529535 579

119057903

120252147 1205

9247159 58859826 109950365

9079287 57957932 111662157 3

9358911

9228452 109

57618176

58145311 606

110763682

110792068 1109

11051272 57242886 118171990

10407068 56680077 119331291 4

10686850

10715063 125

56121956

56681640 591

118803050

118768777 1190

9525570 54447416 113571505

9593865 54639472 114779189 5

8161718

9093718 108

54128748

54405212 568

115723488

114691394 1148

Anexo B

131

Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

Data Amostra Vamostra (micro l)

VControlo100

(microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

Aacuterea meacutedia Obtida

(amostra+padratildeo)

Area esperada

Recuperaccedilatildeo

14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

Meacutedia 797

20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

Meacutedia 753

26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

Meacutedia 799

Anexo B

132

Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

Data Amostra Vamostra (micro l)

VControlo100

(microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

Aacuterea meacutedia Obtida

(amostra+padratildeo)

Area esperada

Recuperaccedilatildeo

09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

Meacutedia 714

14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

Meacutedia 853

Anexo B

133

Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

Data Amostra Padratildeo BaP microgL

Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

meacutedia

Area esperada Rec

21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

Meacutedia 485

01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

Anexo B

134

Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

Meacutedia 422 40014214

Soma 63968

Anexo C

135

Anexo C

Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

Anexo C

136

Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

Dados

M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

M (Na2SO3) (gmol) 12602

M (Fe2+) (gmol) 558

M H2O2 (gmol) 34

H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

Volume reactor (ml) 260

Dados das variaacuteveis

Volume de amostra (ml) 100

Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

[H2O2] (mgL) 104

[BaP] (microgL) 10

Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

de 104 mgL

Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

Anexo C

137

Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

Anexo C

138

Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

do BaP microgL Correcccedilatildeo de

volume BaP microgL CC0

0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

1 35

90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

2 59

90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

139

Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

degradaccedilatildeo

Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

3 30

60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

4 40

90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

140

Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

Concentraccedilatildeo final do BaP

microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

5 50

90 ND ND ND 1000 000 000 000

0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

6 70

90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

141

Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

Experiecircncia [Fe2+] mgL

Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

[BaP]

final microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

7 20

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

8 275

90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

142

Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

9 300

90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

10 375

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

11 500

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

143

Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

[BaP] final microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

12 50

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

13 150

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

144

Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

[BaP] final microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

14 225

90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

15 375

90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

145

Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

final microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

16 10

90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

17 20

90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

Anexo C

146

Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

final microgL

Correcccedilatildeo de volume BaP

microgL CC0

0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

18 60

90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

19 100

90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

  • Capa
  • Agradecimentos
  • Resumo
  • Abstract
  • Iacutendice geral
  • Iacutendice de tabelas
  • Iacutendice de figuras
  • Abreviaturas
  • 1 Introduccedilatildeo
  • 2 Parte experimental
  • 3 Resultados e discussatildeo
  • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
  • 5 Bibliografia
  • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
  • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
  • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

    Agradecimentos

    Agraves pessoas que trabalham no Laboratoacuterio de Engenharia de Processos Ambiente e

    Energia (LEPAE) e no Departamento de Engenharia Quiacutemica da Faculdade de Engenharia

    Quiacutemica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (DEQ-FEUP) pelos meios

    disponibilizados para a realizaccedilatildeo experimental deste trabalho

    Agrave Carla Afonso e agrave Faacutetima Costa por todo o apoio companheirismo e incentivo

    demonstrado para que meu trabalho na Segalab fosse assegurado durante os meus periacuteodos

    de ausecircncia para realizaccedilatildeo deste trabalho

    A todas as pessoas que ajudaram a construir um bom ambiente de laboratoacuterio Berta

    Joana Salomeacute e Elisabete

    Agrave minha orientadora Professora Doutora Arminda Alves bem como agrave Professora

    Doutora Luacutecia Santos que me proporcionaram todas as condiccedilotildees ao seu alcance para que

    pudesse concluir com ecircxito esta Tese de Mestrado

    Agrave minha famiacutelia em especial agrave minha matildee por me apoiarem e aconselharem durante

    todo o periacuteodo de realizaccedilatildeo desta Tese e sem os quais este trabalho teria sido impossiacutevel de

    realizar

    Ao meu namorado Rui Andrade por toda a compreensatildeo dedicaccedilatildeo e paciecircncia

    demonstrada ao longo deste percurso

    Em especial agrave minha Avoacute a quem dedico esta Tese pois sei que ficaria muito orgulhosa e

    feliz por ter concluiacutedo este trabalho

    i

    Resumo

    Os Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos satildeo considerados poluentes prioritaacuterios

    devido agraves suas caracteriacutesticas toacutexicas canceriacutegenas e mutageacutenicas tanto pela Uniatildeo Europeia

    (UE) como pela Agecircncia de Protecccedilatildeo Ambiental (US - EPA) No entanto apenas 16 estatildeo

    listados como compostos orgacircnicos prioritaacuterios na qual o Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm

    lugar Portugal a UE e a US - EPA tecircm vindo a impor limites legais para a descarga destes

    compostos nas diferentes matrizes ambientais (Ar Aacutegua e Solo)

    A sua origem no ambiente provem de fontes naturais (tais como combustatildeo incompleta a

    temperatura elevada) e antropogeacutenicas (tais como traacutefego e produccedilatildeo de energia) Vaacuterios

    cientistas tecircm vindo a desenvolver processos para remover eou reduzir estes poluentes no

    ambiente

    Estatildeo descritos na literatura processos de remoccedilatildeo de PAHs em particular do BaP em

    diferentes matrizes ambientais os quais podem ser biodegradaccedilatildeo adsorccedilatildeo e tratamento

    fiacutesico quiacutemico tais como Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

    Os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada podem ser considerados os mais apropriados para

    remover PAHs da aacutegua no entanto alguns aspectos relacionados com a reactividade

    mecanismo cineacutetica e produtos intermediarios continuam pouco conhecidos

    O objectivo deste trabalho foi avaliar e optimizar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente

    Fenton (AOP)

    Para tal foi necessaacuterio implementar e validar o meacutetodo analiacutetico para a quantificaccedilatildeo do

    BaP A quantificaccedilatildeo do BaP foi feita em HPLC com detector de fluorescecircncia (FID) pelo

    meacutetodo do padratildeo externo com cinco padrotildees Para avaliar a linearidade procedeu-se agrave

    representaccedilatildeo graacutefica da funccedilatildeo (Aacuterea=f(concentraccedilatildeo)) juntamente com o caacutelculo e anaacutelise

    do coeficiente de correlaccedilatildeo da qual se obteve uma funccedilatildeo linear na gama de concentraccedilotildees 1

    a 100 microgL

    ii

    O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL a meacutedia da precisatildeo intermeacutedia variou entre

    35 e 139 e a exactidatildeo obtida pela meacutedia da percentagem de recuperaccedilatildeo foi de 783 Na

    ausecircncia de resultados de ensaios interlaboratoriais procedeu-se agrave comparaccedilatildeo do caacutelculo da

    estimativa da incerteza por dois conceitos (bottom-upEurochem and top-down modificado)

    As experiecircncias de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram realizadas numa instalaccedilatildeo

    constituiacuteda por um reactor de 260 ml e um banho termostatizado Procedeu-se agrave optimizaccedilatildeo

    de quatro variaacuteveis (pH temperatura concentraccedilatildeo de Fe2+ e concentraccedilatildeo de H2O2) Foi

    usada uma concentraccedilatildeo inicial de BaP de 10 microgL

    Os resultados da optimizaccedilatildeo obtidos foram pH 35 temperatura 40 ordmC concentraccedilatildeo de

    ferro 375 mgL e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50 mgL

    Como oxidante quiacutemico o reagente de Fenton mostrou ser um processo eficiente na

    degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP verificou-se que 984 da concentraccedilatildeo inicial do BaP era

    degradado ao fim de 15 minutos de reacccedilatildeo e ao fim de 40 minutos 992

    Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o reagente de Fenton nas condiccedilotildees

    optimizadas pode ser aplicado no tratamento de BaP em matrizes aquosas com bons

    resultados de degradaccedilatildeo Este eacute um processo economicamente viaacutevel de faacutecil implementaccedilatildeo

    e eficiente

    iii

    Abstract

    Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are considered priority pollutants due to their

    toxicity mutagenicity and carcinigenicity by both European Union (EU) and the Agency of

    Environmental Protection (US - EPA) Although only 16 have been selected as organic

    priority pollutants in the which Benzo(a)Pyrene (BaP) occupies the 7th place There for

    Portugal EU and US - EPA have been imposing legal limits for the waste water discharge and

    for their presence in drinking water

    Both natural (such as incomplete high temperature combustions) and antropogenic

    sources (such traffic or energy generation) account for their diffusion in the environment as a

    consequence of atmospheric transport deposition and dispersion in the environment Several

    scientists have been coming to develop processes of removing andor to reduce these

    pollutants in different environmental samples (Air Water and Soil)

    PAHs and BaP removal processes for different environmental samples are described in

    the literature this can include biodegradation adsorption and physical-chemical such as

    advanced oxidation processes (AOP)

    Advanced oxidation processes can be among the most appropriate technologies to

    remove PAHs from water but some aspects related to reactivity mechanism kinetics and

    intermediates formed still remain unknown

    The aim of this work was to evaluated and finding optimum operating condition for the

    degradation of BaP with Fenton reagent (AOP)

    Quantification of BaP was done by High Pressure Liquid chromatography (HPLC) with

    fluorescence detector (FID) by internal standard method using five concentrations level The

    method showed a good linearity between 1 and 100 microgL

    Detection limit of 237 microgL average intermediate precision of 35 and 139 and

    average recovery of 783 were found In the absence of available interlaboratory studies to

    iv

    assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

    approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

    Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

    mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

    constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

    concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

    concentration in aqueous samples was 10 microgL

    The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

    375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

    As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

    BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

    minutes and 992 until 40 minutes of reaction

    The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

    successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

    implementation and efficient

    v

    Iacutendice Geral

    Resumo i

    Abstract iii

    Iacutendice Geral v

    Iacutendice de Tabelas vii

    Iacutendice de Figuras xii

    Abreviaturas xv

    1 Introduccedilatildeo 1

    11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

    111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

    112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

    113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

    114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

    115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

    12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

    121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

    122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

    123 Fotodegradaccedilatildeo 29

    124 Oxidaccedilatildeo 30

    125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

    1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

    126 Processos Combinados 54

    1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

    vi

    13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

    57

    2 Parte Experimental 63

    21 Metodologia 63

    22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

    23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

    3 Resultados e Discussatildeo 74

    31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

    311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

    312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

    313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

    314 Exactidatildeo 82

    315 Incerteza Global 84

    32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

    321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

    322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

    323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

    324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

    325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

    4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

    5 Bibliografia 107

    Anexo A 125

    Anexo B 127

    Anexo C 135

    vii

    Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

    2005)

    4

    Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

    e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

    6

    Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

    Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

    Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

    Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

    (Ravindra et al 2006)

    11

    Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

    2001 (Ravindra et al 2006)

    12

    Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

    Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

    Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

    Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

    Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

    (Mrozik et al 2002)

    22

    Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

    2000)

    23

    Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

    2000)

    25

    viii

    Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

    Cerniglia CE 1997)

    26

    Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

    Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

    tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

    (adaptado de Brown et al 2003)

    31

    Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

    Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

    processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

    37

    Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

    presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

    48

    Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

    resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

    50

    Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

    ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

    50

    Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

    tipos de matrizes

    52

    Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

    agrave degradaccedilatildeo do BaP

    56

    Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

    para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

    58

    Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

    Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

    M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

    67

    ix

    Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

    Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

    HPLCFLD

    68

    Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

    optimizaccedilatildeo do pH

    71

    Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

    optimizaccedilatildeo da temperatura

    71

    Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

    optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

    72

    Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

    optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

    73

    Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

    degradaccedilatildeo do BaP

    73

    Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

    Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

    o BaP

    82

    Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

    Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

    com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

    84

    Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

    micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

    incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

    86

    Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

    Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

    x

    Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

    Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

    Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

    incerteza

    90

    Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

    degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

    100

    Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

    microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

    Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

    de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

    126

    Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

    Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

    Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

    Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

    Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

    Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

    reagente de Fenton em 3 dias diferentes

    133

    Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

    HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

    134

    Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

    Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

    xi

    Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

    Fe2+

    141

    Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

    H2O2

    143

    Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

    condiccedilotildees oacuteptimas

    145

    xii

    Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

    Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

    2001)

    5

    Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

    Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

    (Ravindra et al 2006)

    11

    Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

    Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

    fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

    20

    Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

    persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

    33

    Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

    Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

    Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

    do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

    37

    Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

    com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

    (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    43

    Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

    Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

    de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    44

    xiii

    Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

    tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

    iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

    1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    44

    Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

    Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

    com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

    5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    47

    Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

    nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

    49

    Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

    aquosas

    64

    Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

    Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

    Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

    matrizes aquosas

    66

    Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

    construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

    75

    Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

    oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

    reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

    76

    Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

    Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

    Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

    Confianccedila)

    79

    xiv

    Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

    Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

    a passo e segundo Thompson para o BaP

    92

    Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

    Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

    94

    Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

    95

    Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

    apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

    97

    Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

    apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

    97

    Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

    apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

    99

    Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

    apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

    99

    Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

    concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

    Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

    H2O2=50 mgL

    102

    xv

    Abreviaturas

    Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

    ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

    AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

    BaP Benzo(a)Pireno

    [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

    BbF Benzo(b)fluoranteno

    BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

    CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

    CO2 Dioacutexido de Carbono

    Conc Concentraccedilatildeo

    CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

    CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

    ECD Detector de Captura de electrotildees

    EPA Environmental Protection Agency

    FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

    Fla Fenantreno

    FLD Fluorescecircncia

    GC Cromatografia Gasosa

    GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

    GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

    H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

    HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

    IC Intervalo de Confianccedila

    xvi

    ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

    ICb Intervalo de confianccedila do declive

    IPCS International Programme on Chemical Safety

    K Kelvin

    Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

    LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

    LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

    LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

    LCSS Limite de Controlo Superior Superior

    LD Limite de detecccedilatildeo

    LVI Large volume injection

    MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

    MASE Membrane assisted solvent extraction

    N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

    n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

    ND Natildeo detectado

    NQA Normas de Qualidade Ambiental

    PA Poliacrilato

    PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

    PDMS Polidimetilsiloxano

    PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

    R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

    Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

    Sb Desvio padratildeo associado ao declive

    Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

    xvii

    SBaP Desvio padratildeo do BaP

    SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

    SFE Supercritical Fluid Extraction

    SPE Solid Phase Extraction

    SPME Solid Phase MicroExtraction

    Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

    t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

    Tamb Temperatura ambiente

    TiO2 Oxido de titacircnio

    TOC Carbono Orgacircnico Total

    Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

    u Incerteza absoluta

    U Incerteza relativa

    U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

    U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

    U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

    U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

    US - EPA United States Environmental Protection Agency

    UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

    uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

    xi Concentraccedilatildeo de analito

    X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

    x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

    Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

    xviii

    y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

    yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

    λEm Comprimento de onda de emissatildeo

    λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

    Introduccedilatildeo

    1

    1 Introduccedilatildeo

    Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

    poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

    Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

    constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

    antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

    destes compostos (Lee et al 1981)

    Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

    (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

    identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

    um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

    As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

    1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

    e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

    Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

    particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

    Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

    distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

    (Finlayson-Pitts et al 1997)

    Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

    partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

    canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

    substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

    orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

    Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

    determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

    Introduccedilatildeo

    2

    Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

    seus autores (Costa 2001)

    A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

    ambientais e bioloacutegicas

    Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

    considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

    monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

    Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

    combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

    canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

    especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

    desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

    sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

    Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

    deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

    foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

    et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

    processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

    Fenton (Flotron et al 2005)

    Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

    matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

    posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

    necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

    temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

    optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

    Introduccedilatildeo

    3

    11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

    O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

    conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

    Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

    Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

    Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

    Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

    lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

    Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

    Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

    Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

    Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

    As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

    Composto muito pouco volaacutetil

    Natildeo tem odor

    Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

    Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

    parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

    Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

    Baixas pressotildees de vapor

    Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

    transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

    O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

    assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

    As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

    Introduccedilatildeo

    4

    Baixa solubilidade em aacutegua

    Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

    compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

    absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

    Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

    PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

    a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

    Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

    directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

    solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

    Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

    Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

    Foacutermula Molecular C20H12

    Estrutura Molecular

    CAS Number 50-32-8

    Massa Molecular (gmol) 2523093

    Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

    Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

    Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

    Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

    Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

    Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

    Log Kow (1) 650

    Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

    Introduccedilatildeo

    5

    111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

    Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

    e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

    combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

    maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

    subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

    O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

    atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

    em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

    Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

    O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

    na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

    especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

    Introduccedilatildeo

    6

    Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

    ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

    degradaccedilatildeo natural

    Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

    Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

    Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

    Volatilizaccedilatildeo

    Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

    Biodegradaccedilatildeo

    Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

    Solo Plantas Partiacuteculas

    Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

    Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

    Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

    e de diferentes zonas geograacuteficas

    Introduccedilatildeo

    7

    Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

    Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

    Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

    Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

    Rio Qiantang ND-1010 mgL

    Canal Hangzhou ND-6640 mgL

    Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

    Lago West ND-1022 mgL

    Zhu et al 2004

    Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

    Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

    Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

    Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

    Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

    Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

    Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

    Greacutecia

    Aacuteguas superficiais

    Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

    Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

    1064-11520 pgL

    Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

    500-7136 pgL

    Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

    Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

    Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

    01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

    2-50 ngL

    Dinamarca (Horsholm)

    Aacutegua de consumo humano 004 ngL

    Finlacircndia (Helsinquia)

    Aacutegua de consumo humano 005 ngL

    Dinamarca (Copenhaga )

    Aacutegua de consumo humano 005 ngL

    Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

    Manoli et al 1999

    Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

    Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

    Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

    Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

    Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

    Introduccedilatildeo

    8

    112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

    O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

    devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

    petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

    outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

    Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

    O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

    como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

    (Netto et al 2000)

    As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

    complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

    particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

    carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

    aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

    Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

    Introduccedilatildeo

    9

    Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

    Categoria Referecircncias

    Fontes estacionaacuterias

    Induacutestria de ferro Yang et al 1998

    Fontes moacuteveis

    Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

    Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

    Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

    Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

    Fontes de combustatildeo

    Fontes de combustatildeo Park et al 2002

    Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

    Fontes caseiras

    Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

    Queima de incenso Li e Ro 2000

    Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

    Introduccedilatildeo

    10

    Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

    Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

    Automoacuteveis

    ToyotaHilux 2099 microgKg

    AacutesiaTopic 16315 microgKg

    Mercedes Benz Sprinter F310D ND

    Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

    Abrantes et al 2004

    Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

    queimado

    01 tonano (Alemanha)

    Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

    Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

    IPCS 1998 Ravindra et al 2006

    Cinzas e fuligem de unidades residenciais

    Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

    Lenha de pinheiro 1747 mgKg

    Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

    Turfa 286 mgKg

    Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

    Kakareka et al 2005

    Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

    Emissotildees de combustatildeo

    Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

    Vidoeiro Seco 1096 microgm3

    Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

    Turfa ND

    Kakareka et al 2005

    Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

    legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

    BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

    um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

    a 164 tonano ateacute 2001

    Introduccedilatildeo

    11

    Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

    Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

    (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

    Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

    EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

    ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

    Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

    al 2006)

    Introduccedilatildeo

    12

    Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

    Introduccedilatildeo

    13

    113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

    A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

    tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

    O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

    fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

    e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

    2007)

    Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

    durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

    levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

    Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

    aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

    na pele (Luttrell et al 2007)

    O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

    inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

    provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

    mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

    aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

    114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

    A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

    irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

    vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

    deles ainda desconhecidos

    Introduccedilatildeo

    14

    Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

    associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

    aerossoacuteis atmosfeacutericos

    A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

    importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

    No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

    fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

    processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

    composto (IPCS 1998)

    O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

    em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

    Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

    podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

    humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

    BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

    processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

    Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

    Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

    microgKg Bibliografia

    Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

    Camargo et al 2003

    Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

    Camargo et al 2003

    Introduccedilatildeo

    15

    Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

    (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

    condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

    Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

    risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

    caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

    rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

    com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

    urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

    industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

    aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

    2000)

    A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

    ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

    considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

    durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

    (Netto et al 2000)

    A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

    anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

    normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

    benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

    que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

    sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

    causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

    importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

    ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

    seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

    compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

    com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

    et al 2000)

    Introduccedilatildeo

    16

    A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

    com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

    haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

    concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

    precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

    amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

    meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

    BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

    Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

    No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

    animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

    Introduccedilatildeo

    17

    115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

    Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

    haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

    incluindo ar aacutegua e solos

    Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

    que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

    aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

    de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

    Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

    Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

    de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

    Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

    2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

    Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

    valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

    Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

    mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

    Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

    que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

    nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

    A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

    de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

    Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

    vigor para aacutegua

    Introduccedilatildeo

    18

    Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

    DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

    4 PAHs 010 microgL DL 24301

    Benzo(a)Pireno 001 microgL

    DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

    WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

    A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

    qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

    directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

    Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

    costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

    (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

    efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

    ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

    No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

    ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

    para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

    e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

    Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

    interiores Outras aacuteguas de

    superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

    Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

    PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

    Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

    Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

    Benzo(ghi)perileno 191-24-2

    Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

    Introduccedilatildeo

    19

    12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

    No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

    oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

    pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

    adsorvido

    Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

    de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

    concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

    sedimentos)

    121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

    A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

    envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

    presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

    Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

    Temperatura

    pH

    Substacircncias toacutexicas

    Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

    de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

    microrganismos tolerantes aos poluentes

    Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

    existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

    adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

    envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

    de degradar o BaP

    Introduccedilatildeo

    20

    Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

    (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

    alguns desses microrganismos

    Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

    PAH Microrganismos

    Benzo(a)Pireno

    Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

    NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

    Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

    Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

    A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

    (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

    Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

    mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

    Introduccedilatildeo

    21

    Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

    As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

    molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

    2004)

    A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

    posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

    derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

    catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

    aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

    a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

    meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

    carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

    Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

    aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

    energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

    O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

    este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

    Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

    Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

    Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

    Introduccedilatildeo

    22

    Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

    Composto Bacteacuteria Metabolitos

    Cis-45-BaPdihidrodiol

    Cis-910-BaPdihidrodiol

    Cis-78- BaPdihidrodiol

    45-criseno-dicarboxilico aacutecido

    Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

    Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

    78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

    Benzo(a)Pireno

    Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

    78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

    Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

    culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

    presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

    Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

    com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

    concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

    quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

    uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

    Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

    O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

    Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

    contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

    Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

    Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

    succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

    Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

    foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

    Introduccedilatildeo

    23

    Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

    Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

    remoccedilatildeo

    CO2 produzido

    Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

    Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

    Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

    Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

    Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

    28

    32 dias

    Schneider et al 1996

    Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

    Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

    Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

    Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

    Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

    Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

    Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

    Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

    Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

    Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

    Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

    Introduccedilatildeo

    24

    Degradaccedilatildeo por Fungos

    Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

    capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

    transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

    no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

    Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

    chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

    BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

    1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

    Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

    enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

    Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

    detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

    elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

    Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

    acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

    preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

    dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

    Introduccedilatildeo

    25

    Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

    Fungos Substrato de crescimento

    QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

    remoccedilatildeo

    CO2 produzido

    Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

    Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

    Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

    Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

    Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

    Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

    Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

    Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

    Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

    Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

    Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

    Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

    Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

    Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

    Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

    Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

    Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

    Introduccedilatildeo

    26

    Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

    Composto Referecircncia Metabolitos

    Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

    Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

    Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

    Benzo(a)pyrene-16-quinone

    Benzo(a)pyrene-36-quinone

    Benzo(a)pyrene-612-quinone

    3-Hydroxybenzo(a)pyrene

    9-Hydroxybenzo(a)pyrene

    7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

    7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

    Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

    BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

    Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

    Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

    quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

    White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

    Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

    os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

    1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

    Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

    dihidrodiols

    Introduccedilatildeo

    27

    Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

    Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

    Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

    Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

    Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

    Grande variedade de PAHs

    acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

    --- --- Pickart et al 1999

    Solo

    White rot fungus Bjerkandera sp Strain

    BOS55 Benzo(a)Pireno

    Culturas puras e condiccedilotildees

    laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

    Solo com creosote

    Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

    Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

    VUO10 201

    Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

    Benzo(a)Pireno

    Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

    e fungos ---- Boonchan et al2000

    Introduccedilatildeo

    28

    122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

    poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

    equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

    simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

    mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

    Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

    graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

    extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

    Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

    por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

    baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

    irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

    O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

    superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

    carvatildeo activado satildeo

    Carvatildeo betuminoso

    Ossos

    Casca de coco

    Turfa

    Casca de noz

    Resiacuteduos de petroacuteleo

    Accediluacutecar

    Madeira

    Caroccedilo de azeitona

    Caroccedilo de pecircssego

    Introduccedilatildeo

    29

    A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

    presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

    a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

    quiacutemica da sua superfiacutecie

    A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

    liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

    poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

    Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

    leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

    particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

    atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

    123 Fotodegradaccedilatildeo

    A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

    pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

    processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

    quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

    solar (Ferrarese et al 2007)

    No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

    A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

    em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

    A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

    fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

    E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

    aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

    alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

    cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

    Introduccedilatildeo

    30

    Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

    metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

    Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

    124 Oxidaccedilatildeo

    A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

    hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

    O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

    no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

    compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

    Permanganato

    O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

    Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

    e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

    Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

    sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

    MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

    Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

    podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

    de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

    oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

    carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

    Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

    PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

    Introduccedilatildeo

    31

    Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

    introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

    problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

    na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

    manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

    formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

    Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

    (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

    Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

    permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

    desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

    A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

    Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

    minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

    Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

    para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

    Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

    Introduccedilatildeo

    32

    Persulfato

    O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

    persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

    persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

    Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

    seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

    parte de compostos orgacircnicos

    A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

    iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

    equaccedilatildeo 2

    S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

    bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

    A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

    Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

    efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

    todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

    reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

    instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

    mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

    oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

    Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

    os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

    PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

    de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

    Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

    amostras de solo (Figura 7)

    Introduccedilatildeo

    33

    Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

    (adaptado de Nadim et al 2005)

    125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

    Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

    descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

    Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

    se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

    mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

    Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

    (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

    orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

    por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

    Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

    velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

    TiO2)

    A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

    satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

    Tempo (horas)

    Introduccedilatildeo

    34

    A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

    compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

    intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

    finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

    apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

    O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

    utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

    toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

    dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

    Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

    Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

    Processos com Ozono Processos sem Ozono

    O3 a pH elevado H2O2 + UV

    O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

    O3 + H2O2 Ultra-sons

    O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

    O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

    O3 + TiO2 + H2O2

    O3 + Ultra-sons

    Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

    seguintes vantagens (Yin et al 1999)

    Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

    oxidante aquoso

    Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

    Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

    processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

    Introduccedilatildeo

    35

    O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

    local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

    descarga

    O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

    molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

    tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

    desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

    directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

    Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

    PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

    existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

    Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

    O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

    poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

    com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

    Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

    (Figura 8 e 9)

    Fotoacutelise directa

    Ozonizaccedilatildeo directa

    Oxidaccedilatildeo por radical

    Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

    com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

    Introduccedilatildeo

    36

    Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

    Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

    Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

    poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

    O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

    orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

    luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

    Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

    Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

    nas seguintes conclusotildees

    A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

    degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

    degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

    Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

    Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

    combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

    ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

    Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

    com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

    Introduccedilatildeo

    37

    Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

    Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

    pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

    2 104 443 412 145 27

    4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

    Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

    Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

    aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

    medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

    naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

    contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

    degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

    Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

    CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

    Introduccedilatildeo

    38

    Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

    De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

    em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

    vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

    A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

    destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

    por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

    poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

    Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

    quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

    H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

    A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

    processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

    A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

    apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

    com o H2O2

    Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

    A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

    decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

    H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

    Introduccedilatildeo

    39

    A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

    aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

    de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

    Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

    A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

    decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

    de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

    Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

    UVTiO2

    O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

    proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

    geradas espeacutecies oxidativas

    O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

    processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

    interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

    desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

    baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

    1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

    Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

    Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

    A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

    destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

    Introduccedilatildeo

    40

    de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

    substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

    oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

    aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

    reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

    Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

    distintas

    Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

    Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

    presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

    UV)

    Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

    a um catalisador metaacutelico

    O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

    e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

    (equaccedilatildeo 5)

    Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

    No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

    radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

    Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

    A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

    oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

    Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

    ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

    trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

    apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

    Introduccedilatildeo

    41

    consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

    as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

    Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

    H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

    Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

    minus (Equaccedilatildeo 9)

    Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

    + H+ (Equaccedilatildeo 10)

    Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

    O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

    muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

    mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

    autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

    radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

    RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

    As principais variaacuteveis do processo satildeo

    Quantidade de ferro

    Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

    Razatildeo entre Fe2+H2O2

    Concentraccedilatildeo de substrato

    Temperatura

    pH

    Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

    concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

    maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

    de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

    A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

    temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

    Introduccedilatildeo

    42

    oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

    das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

    Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

    De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

    de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

    excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

    Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

    um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

    que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

    Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

    progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

    concentraccedilatildeo do material orgacircnico

    Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

    Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

    e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

    hidroxilo

    A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

    sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

    razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

    (Equaccedilatildeo 13)

    Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

    degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

    (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

    Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

    Introduccedilatildeo

    43

    Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

    reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

    A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

    iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

    haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

    igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

    hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

    Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

    oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

    remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

    hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

    Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

    M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

    constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

    Introduccedilatildeo

    44

    Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

    reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

    seguido do Fluoreno (Figura 13)

    Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

    durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    Introduccedilatildeo

    45

    A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

    devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

    Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

    tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

    Efeito da temperatura

    A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

    temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

    quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

    tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

    Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

    ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

    Efeito do pH

    As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

    necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

    maximizar a eficiecircncia

    O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

    precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

    aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

    aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

    eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

    efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

    reutilizaccedilatildeo

    Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

    situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

    baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

    Introduccedilatildeo

    46

    Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

    (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

    isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

    Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

    Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

    sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

    pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

    diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

    depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

    atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

    A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

    descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

    peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

    em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

    Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

    de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

    aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

    Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

    de H2O2

    Tempo de reacccedilatildeo (min)

    Introduccedilatildeo

    47

    Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

    Efeito do tempo de reacccedilatildeo

    O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

    razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

    Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

    O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

    a seguinte finalidade

    Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

    Reduccedilatildeo da toxicidade

    Aumento da biodegradabilidade

    Reduccedilatildeo da cor e cheiro

    Remoccedilatildeo da CQOCBO

    Introduccedilatildeo

    48

    Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

    da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

    Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

    poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

    experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

    A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

    Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

    Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

    Experiecircncia Fe2+ (molL)

    H2O2 (molL)

    Fe2+sumPAHs (molmol)

    H2O2Fe2+ (molmol) PAH

    Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

    1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

    2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

    3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

    4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

    5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

    6 1610-4 3210-4

    (adiccedilatildeo em 2 passos

    155 2 Mistura - BaP

    Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

    Introduccedilatildeo

    49

    Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

    condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

    Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

    trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

    foram

    Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

    1510-5 M

    Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

    12

    As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

    pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

    Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

    conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

    Introduccedilatildeo

    50

    Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

    PAH Nordm composto

    Produto encontrado ou identificado

    tempo de retenccedilatildeo

    (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

    1 phthalic anhydrid 14

    2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

    3 acenaphthene 167

    4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

    6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

    10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

    12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

    Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

    verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

    do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

    apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

    estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

    Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

    economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

    em matizes aquosas

    Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

    Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

    PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

    Introduccedilatildeo

    51

    Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

    Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

    dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

    dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

    Introduccedilatildeo

    52

    Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

    Matriz PAH [BaP] T

    (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

    remoccedilatildeo Bibliografia

    Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

    BaP concentrado em etanol

    BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

    Solo BaP+ 17 PAHs 25

    10 ml de FeSO4= 10

    mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

    aneacuteis) Jonsson et al 2007

    Sedimentos BaP+16 PAHs

    1427 mgKg Tamb pH

    sedimento 4 ml de

    FeSO4= 05 M

    40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

    FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

    Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

    Lama

    BaP+2 PAHs 031

    mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

    asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

    Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

    Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

    Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

    Introduccedilatildeo

    53

    Vantagens e desvantagens do meacutetodo

    Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

    sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

    Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

    Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

    tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

    Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

    utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

    O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

    geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

    Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

    convencionais

    Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

    vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

    todas as classes de compostos orgacircnicos

    Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

    coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

    processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

    Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

    Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

    piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

    Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

    decomposto

    Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

    Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

    Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

    insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

    Introduccedilatildeo

    54

    O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

    potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

    redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

    aumento deste potencial

    126 Processos Combinados

    A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

    poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

    tratamento

    A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

    diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

    objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

    Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

    tais como

    Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

    Aumento da biodegradaccedilatildeo

    Custos

    Produccedilatildeo de resiacuteduos

    1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

    Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

    satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

    microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

    vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

    contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

    residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

    numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

    Introduccedilatildeo

    55

    Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

    lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

    A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

    mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

    conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

    A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

    entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

    o poacutes-tratamento

    A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

    A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

    mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

    Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

    funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

    oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

    propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

    BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

    Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

    Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

    2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

    em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

    tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

    552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

    Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

    processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

    Introduccedilatildeo

    56

    Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

    Carvatildeo activado Zhou et al 2005

    Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

    Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

    Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

    Persulfato Nadim et al 2005

    Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

    Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

    Custos elevados Difiacutecil manuseamento

    UVO3 Ledakowicz et al 2001

    Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

    UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

    Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

    O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

    UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

    Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

    AOPs

    Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

    Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

    Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

    Introduccedilatildeo

    57

    13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

    Soluccedilotildees Aquosas

    Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

    recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

    Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

    matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

    Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

    com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

    extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

    Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

    devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

    A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

    compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

    que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

    poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

    A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

    arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

    afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

    que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

    separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

    representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

    Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

    Introduccedilatildeo

    58

    Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

    Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

    arrasteFase moacutevel

    Fase moacutevel

    Caudal mlmin PAH

    BaP λ Exc (nm)

    BaP λ Em (nm)

    Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

    Tempo de retenccedilatildeo

    BaP (min) LD Bibliografia

    GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

    HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

    Hwang et al 2006

    GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

    GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

    HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

    Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

    microgL USEPA 550

    GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

    microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

    10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

    GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

    microgml Anyakora et al 2005

    HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

    14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

    LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

    mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

    ngL Rodil et al 2007

    HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

    ngL Zhu et al 2004

    HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

    ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

    HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

    Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

    monocloroacetato de soacutedio

    10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

    microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

    HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

    BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

    BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

    Introduccedilatildeo

    59

    Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

    Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

    arrasteFase moacutevel

    Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

    BaP λ Exc (nm)

    BaP λ Em (nm)

    Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

    Tempo de retenccedilatildeo

    BaP (min) LD Bibliografia

    HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

    BaP + 14 PAHs

    290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

    Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

    microgL Algarra et al 2005

    GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

    Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

    BaP + 15 PAHs

    BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

    microgml Anyakora et al 2006

    GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

    Aacutegua

    A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

    Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

    01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

    BaP=044 ngml Doong et al 2000

    GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

    Aacutegua

    30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

    Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

    5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

    BaP=024 ngml Doong et al 2000

    GCMS SBSE Matriz aquosa

    HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

    10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

    Kolahgar et al 2002

    GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

    DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

    Heacutelio 10 mlmin

    BaP + 26 PAHs

    0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

    ngL

    Fernandez-Gonzalez et al 2007

    GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

    BaP + 15 PAHs

    BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

    microgL Wei et al 2007

    LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

    52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

    Introduccedilatildeo

    60

    Cromatografia Gasosa

    O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

    concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

    niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

    compostos vestiacutegiais

    Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

    satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

    A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

    (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

    Espectrometria de Massa)

    A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

    da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

    coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

    substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

    detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

    feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

    A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

    dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

    permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

    principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

    (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

    compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

    estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

    Introduccedilatildeo

    61

    Cromatografia Liacutequida

    A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

    princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

    2003)

    Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

    envolvidos

    Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

    pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

    bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

    cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

    dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

    de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

    ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

    (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

    devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

    os solutos

    Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

    vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

    (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

    suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

    saindo da coluna separados uns dos outros

    Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

    colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

    liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

    Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

    diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

    utiliza

    Introduccedilatildeo

    62

    Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

    da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

    usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

    constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

    compatiacutevel para uma larga gama de solventes

    Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

    sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

    anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

    Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

    siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

    Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

    representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

    injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

    Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

    soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

    no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

    perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

    submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

    dissolvidos com heacutelio

    A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

    variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

    possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

    Parte Experimental

    63

    2 Parte Experimental

    21 Metodologia

    A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

    consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

    apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

    degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

    deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

    22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

    Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

    do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

    da metodologia usada

    221 Reagentes

    No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

    Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

    com grau de pureza de 999

    Etanol Absoluto (Panreac)

    Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

    Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

    HPLC

    Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

    Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

    apresentados na Tabela 26

    Parte Experimental

    64

    Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

    Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

    Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

    Etanol Absoluto Panreac

    Sulfito de Soacutedio Merck

    Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

    Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

    Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

    222 Equipamento

    Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

    A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

    com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

    apresentado na Figura 17

    Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

    Parte Experimental

    65

    Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

    cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

    Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

    A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

    os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

    cada 500 mL antes do arranque do equipamento

    A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

    software EZChrom Elite

    Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

    A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

    camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

    magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

    Legenda 1 ndash Reactor de camisa

    2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

    3 ndash Agitador magneacutetico

    4 ndash Barra magneacutetica

    5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

    6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

    Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

    Parte Experimental

    66

    Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

    aquosas

    223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

    A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

    constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

    500 mL

    224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

    Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

    Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

    mL

    Parte Experimental

    67

    Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

    Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

    soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

    Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

    Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

    Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

    Volume Total do padratildeo (ml)

    1 1 10 100 2 10 10 10

    3 40 40 10 4 60 60 10

    5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

    As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

    soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

    Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

    1 hora

    Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

    (micro l)

    Volume Total do padratildeo (ml)

    10 100 100 20 200 100

    60 600 100 100 1000 100

    Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

    volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

    exemplo de caacutelculo

    Parte Experimental

    68

    225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

    As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

    Tabela 29

    Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

    Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

    Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

    λem 405 nm

    Volume de injecccedilatildeo 50 microl

    Tempo anaacutelise 15 minutos

    226 Quantificaccedilatildeo

    O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

    calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

    controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

    Parte Experimental

    69

    23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

    Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

    quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

    A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

    fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

    variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

    relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

    231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

    Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

    oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

    Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

    Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

    do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

    Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

    mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

    De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

    40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

    regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

    padratildeo para anaacutelise

    Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

    soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

    Parte Experimental

    70

    De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

    de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

    mL para anaacutelise

    A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

    inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

    foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

    Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

    foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

    hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

    e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

    concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

    segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

    bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

    corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

    por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

    recolhidas

    Optimizaccedilatildeo do pH

    Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

    fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

    bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

    Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

    para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

    Parte Experimental

    71

    Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

    Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

    Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

    temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

    com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

    realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

    Fenton

    Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

    optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

    Parte Experimental

    72

    Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

    Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

    concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

    aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

    apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

    Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

    Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

    Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

    Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

    hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

    Parte Experimental

    73

    Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

    Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

    Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

    optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

    apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

    oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

    Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

    Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

    Resultados e Discussatildeo

    74

    3 Resultados e Discussatildeo

    No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

    vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

    BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

    BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

    31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

    A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

    estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

    isto eacute serve para o fim a que se destina

    Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

    Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

    Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

    Estimar a incerteza global associada ao resultado

    Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

    discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

    uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

    Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

    (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

    poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

    Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

    resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

    (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

    e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

    Resultados e Discussatildeo

    75

    Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

    efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

    robustez

    Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

    fiabilidade

    311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

    A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

    tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

    concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

    interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

    Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

    construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

    A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

    aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

    verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

    apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

    subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

    gama de comprimentos de onda utilizados

    BaP

    Resultados e Discussatildeo

    76

    Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

    constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

    por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

    para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

    Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

    apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

    degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

    10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

    Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

    Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

    dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

    controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

    Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

    Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

    Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

    Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

    BaP

    BaP

    Resultados e Discussatildeo

    77

    Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

    Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

    Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

    Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

    Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

    fluorescecircncia varia bastante no tempo

    Resultados e Discussatildeo

    78

    As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

    distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

    permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

    reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

    apenas a precisatildeo

    Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

    situaccedilotildees (ISO 82581993)

    Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

    Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

    Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

    Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

    Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

    proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

    Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

    do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

    encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

    No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

    valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

    controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

    recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

    (excluindo os fora de controlo)

    Resultados e Discussatildeo

    79

    312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

    Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

    gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

    quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

    Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

    obtidos segundo o modelo do tipo

    y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

    Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

    declive e a a ordenada na origem

    Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

    linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

    Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

    Resultados e Discussatildeo

    80

    Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

    Declive (microgL V) b=

    985139

    Ordenada na origem (V) a= -1558656

    Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

    09993

    Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

    Desvio padratildeo associado a a Sa=

    779502

    Desvio padratildeo associado a b Sb=

    14091

    Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

    Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

    Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

    Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

    Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

    Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

    Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

    laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

    adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

    O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

    o declive) for inferior a 5

    A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

    O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

    Resultados e Discussatildeo

    81

    Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

    bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

    que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

    do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

    Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

    bibliografia

    O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

    a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

    incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

    as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

    superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

    dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

    deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

    assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

    forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

    termos de concentraccedilatildeo

    313 Precisatildeo do Meacutetodo

    A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

    independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

    condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

    Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

    refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

    utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

    A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

    entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

    (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

    valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

    Resultados e Discussatildeo

    82

    Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

    Concentraccedilotildees medidas microgL

    Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

    microgL

    Dia 1 83 645 1203

    Dia 2 106 579 1205

    Dia 3 109 606 1109

    Dia 4 125 591 1190

    Dia 5 108 568 1148

    Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

    Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

    CV = S x () 139 50 35

    Erro relativo 64 03 171

    O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

    50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

    erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

    acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

    maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

    demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

    314 Exactidatildeo

    A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

    Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

    na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

    anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

    2006)

    Resultados e Discussatildeo

    83

    Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

    amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

    contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

    Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

    Tabela B5 do Anexo B

    Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

    Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

    1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

    Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

    A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

    do padratildeo adicionado

    A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

    Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

    degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

    de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

    obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

    Resultados e Discussatildeo

    84

    Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

    Amostras contaminadas

    Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

    1 485 485

    2 376 376

    3 458 458

    Meacutedia 440 440

    Desvio padratildeo 57 57

    Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

    degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

    44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

    interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

    315 Incerteza Global

    A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

    fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

    foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

    A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

    combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

    de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

    erro que mais contribuem

    Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

    incerteza global

    Resultados e Discussatildeo

    85

    Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

    Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

    Incerteza associada agrave precisatildeo U3

    Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

    A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

    expressatildeo

    (Equaccedilatildeo 15)

    Em que U representa a incerteza global em

    3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

    Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

    (Equaccedilatildeo 16)

    Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

    preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

    Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

    A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

    balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

    Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

    confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

    (EurachemCITAC Guide 2000)

    (Equaccedilatildeo 17)

    Resultados e Discussatildeo

    86

    Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

    As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

    fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

    obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

    Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

    micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

    Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

    Balotildees Volumeacutetricos

    Incerteza (u) 0010 0024 0041

    Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

    Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

    Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

    Soluccedilatildeo matildee M1

    Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

    incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

    da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

    =00098 (Equaccedilatildeo 18)

    Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

    As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

    Tabela 40

    Resultados e Discussatildeo

    87

    A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

    calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

    da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

    (Equaccedilatildeo 19)

    Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

    Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

    matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

    Concentraccedilatildeo BaP microgL

    Concentraccedilatildeo mgL

    Incerteza U

    Volume (mL)

    Incerteza micropipeta

    U Volume

    (mL)

    Incerteza absoluta u (mL)

    U1 padrotildees

    1 10 100E-02 100 0100 140

    10 10 100E-02 10 0025 142

    40 40 930E-03 10 0025 137

    60 60 890E-03 10 0025 134

    100

    10 00098

    100 800E-03 10 0025 129

    3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

    Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

    pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

    (Equaccedilatildeo 20)

    Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

    calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

    do Anexo B

    (Equaccedilatildeo 21)

    Resultados e Discussatildeo

    88

    Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

    padratildeo neste caso n=2

    Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

    3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

    A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

    aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

    apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

    A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

    (Equaccedilatildeo 22)

    (Equaccedilatildeo 23)

    Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

    nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

    efectuados

    Resultados e Discussatildeo

    89

    Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

    Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

    n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

    Incerteza relativa (U3) 623 223 159

    3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

    A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

    realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

    (Equaccedilatildeo 24)

    Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

    nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

    Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

    Rmax 853 Rmin 714

    Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

    U4 008

    Resultados e Discussatildeo

    90

    3145 Incerteza Global Uglobal

    A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

    Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

    segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

    Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

    Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

    100 140 5676 1625 008 591

    1000 142 1074 630 008 125

    4000 137 250 284 008 40

    6000 134 164 217 008 30

    10000 129 126 161 008 24

    A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

    BaP na Figura 26

    Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

    Resultados e Discussatildeo

    91

    A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

    altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

    A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

    primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

    trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

    grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

    em estudos de degradaccedilatildeo

    Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

    incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

    ordem de grandeza

    A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

    prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

    (Equaccedilatildeo 26)

    Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

    Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

    matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

    imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

    No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

    propondo o seguinte

    Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

    corresponde a 120 microgKg)

    Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

    Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

    corresponde a 138 gKg)

    Resultados e Discussatildeo

    92

    As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

    expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

    concentraccedilotildees usadas

    Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

    Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

    segundo Thompson (2000) para o BaP

    Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

    segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

    da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

    Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

    vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

    incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

    caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

    seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

    para o aumento da incerteza global

    Resultados e Discussatildeo

    93

    Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

    incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

    Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

    32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

    De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

    degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

    concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

    Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

    degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

    baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

    que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

    Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

    do BaP de 10 microgL

    Resultados e Discussatildeo

    94

    321 Optimizaccedilatildeo do pH

    As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

    oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

    grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

    para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

    oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

    perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

    Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

    referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

    resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

    Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

    Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

    melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

    demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

    este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

    Resultados e Discussatildeo

    95

    322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

    Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

    temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

    eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

    e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

    A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

    (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

    diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

    31

    Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

    Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

    reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

    as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

    mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

    que os restantes ensaios

    Resultados e Discussatildeo

    96

    As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

    como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

    de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

    a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

    qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

    15 minutos de reacccedilatildeo

    323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

    O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

    aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

    baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

    realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

    concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

    de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

    pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

    realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

    ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

    degradaccedilatildeo

    Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

    de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

    apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

    experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

    de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

    Resultados e Discussatildeo

    97

    Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

    Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

    Resultados e Discussatildeo

    98

    Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

    as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

    eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

    escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

    resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

    se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

    como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

    ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

    324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

    O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

    peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

    Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

    Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

    concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

    estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

    degradaccedilatildeo obtidos

    Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

    escala)

    Resultados e Discussatildeo

    99

    Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

    Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

    Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

    Resultados e Discussatildeo

    100

    Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

    mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

    e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

    uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

    50 mgL

    Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

    5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

    Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

    flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

    caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

    Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

    Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

    de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

    Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

    pH 35

    Temperatura ordmC 40

    Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

    Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

    [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

    [H2O2][Fe2+] (massa) 133

    Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

    M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

    [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

    trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

    Resultados e Discussatildeo

    101

    Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

    bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

    degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

    nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

    Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

    [BaP] microgL

    Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

    final microgL Correcccedilatildeo de

    volume BaP microgL CC0

    0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

    15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

    10

    90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

    foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

    que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

    algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

    Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

    de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

    satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

    melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

    concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

    325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

    Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

    10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

    elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

    Resultados e Discussatildeo

    102

    Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

    de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

    Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

    concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

    Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

    aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

    uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

    diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

    em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

    Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

    (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

    caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

    necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

    molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

    Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

    estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

    Resultados e Discussatildeo

    103

    facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

    concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

    o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

    Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

    reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

    os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

    nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

    baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

    de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

    a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

    tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

    do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

    aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

    A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

    causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

    bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

    Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

    mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

    satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

    satildeo de degradar

    Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

    104

    4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

    O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

    poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

    o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

    estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

    Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

    obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

    literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

    A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

    concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

    106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

    meacutedia de 1171 microgL

    Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

    por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

    foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

    Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

    valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

    consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

    1 microgL)

    Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

    oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

    BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

    usadas satildeo miacutenimas

    Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

    105

    Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

    hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

    aumentavam

    Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

    de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

    [H2O2]=50 mgL

    Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

    Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

    pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

    limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

    reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

    que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

    realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

    encontradas no ambiente em amostras aquosas

    Sugestotildees Futuras

    Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

    complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

    recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

    na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

    (The statistical Discovery Software)

    Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

    exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

    completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

    tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

    Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

    106

    Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

    com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

    reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

    degradaccedilatildeo

    No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

    econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

    provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

    Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

    PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

    possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

    mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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    Anexo A

    125

    Anexo A

    Efeitos do Benzo(a)Pireno

    Anexo A

    126

    Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

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    Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

    Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

    Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

    Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

    Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

    Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

    Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

    Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

    Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

    Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

    Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

    Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

    Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

    Anexo B

    127

    Anexo B

    Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

    Anexo B

    128

    Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

    de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

    Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

    Aacuterea (Volt)

    Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

    1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

    2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

    3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

    4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

    5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

    6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

    7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

    8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

    9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

    10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

    11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

    12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

    13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

    14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

    15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

    16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

    17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

    18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

    Anexo B

    129

    Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

    Aacuterea (Volts)

    Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

    1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

    2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

    3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

    4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

    5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

    6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

    7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

    8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

    9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

    10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

    11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

    12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

    13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

    14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

    15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

    16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

    17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

    Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

    para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

    caacutelculo de incertezas

    Anexo B

    130

    Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

    BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

    1 480671 305098 392885 1241489 316

    10 8255030 8127357 8191194 902784 11

    40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

    60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

    100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

    Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

    Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

    (volts) A meacutedia BaP

    (microgL) Aacuterea

    (volts) A meacutedia BaP

    (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

    (microgL)

    6747887 62519660 120393266

    6660841 62080551 120374984 1

    6521953

    6643560 83

    61340482

    61980231 645

    119429366

    120065872 1203

    9182202 55839580 120416512

    8638414 55769254 121282025 2

    8968918

    8929845 106

    54979771

    55529535 579

    119057903

    120252147 1205

    9247159 58859826 109950365

    9079287 57957932 111662157 3

    9358911

    9228452 109

    57618176

    58145311 606

    110763682

    110792068 1109

    11051272 57242886 118171990

    10407068 56680077 119331291 4

    10686850

    10715063 125

    56121956

    56681640 591

    118803050

    118768777 1190

    9525570 54447416 113571505

    9593865 54639472 114779189 5

    8161718

    9093718 108

    54128748

    54405212 568

    115723488

    114691394 1148

    Anexo B

    131

    Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

    Data Amostra Vamostra (micro l)

    VControlo100

    (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

    Aacuterea meacutedia Obtida

    (amostra+padratildeo)

    Area esperada

    Recuperaccedilatildeo

    14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

    Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

    1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

    2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

    Meacutedia 797

    20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

    Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

    3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

    4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

    Meacutedia 753

    26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

    Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

    5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

    6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

    7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

    8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

    9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

    Meacutedia 799

    Anexo B

    132

    Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

    Data Amostra Vamostra (micro l)

    VControlo100

    (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

    Aacuterea meacutedia Obtida

    (amostra+padratildeo)

    Area esperada

    Recuperaccedilatildeo

    09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

    Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

    10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

    11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

    12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

    13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

    Meacutedia 714

    14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

    14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

    15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

    16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

    Meacutedia 853

    Anexo B

    133

    Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

    Data Amostra Padratildeo BaP microgL

    Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

    Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

    meacutedia

    Area esperada Rec

    21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

    1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

    2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

    3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

    Meacutedia 485

    01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

    4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

    Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

    5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

    Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

    Anexo B

    134

    Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

    X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

    20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

    99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

    384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

    1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

    Meacutedia 422 40014214

    Soma 63968

    Anexo C

    135

    Anexo C

    Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

    Anexo C

    136

    Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

    Dados

    M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

    M (Na2SO3) (gmol) 12602

    M (Fe2+) (gmol) 558

    M H2O2 (gmol) 34

    H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

    Volume reactor (ml) 260

    Dados das variaacuteveis

    Volume de amostra (ml) 100

    Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

    [H2O2] (mgL) 104

    [BaP] (microgL) 10

    Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

    de 104 mgL

    Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

    Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

    m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

    sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

    m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

    Anexo C

    137

    Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

    1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

    m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

    Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

    na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

    Anexo C

    138

    Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

    Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

    Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

    do BaP microgL Correcccedilatildeo de

    volume BaP microgL CC0

    0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

    0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

    1 35

    90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

    2 59

    90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    139

    Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

    Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

    degradaccedilatildeo

    Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

    3 30

    60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

    0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

    0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

    4 40

    90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    140

    Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

    Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

    Concentraccedilatildeo final do BaP

    microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

    5 50

    90 ND ND ND 1000 000 000 000

    0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

    6 70

    90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    141

    Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

    Experiecircncia [Fe2+] mgL

    Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

    [BaP]

    final microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    7 20

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

    8 275

    90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    142

    Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

    Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

    0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

    15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    9 300

    90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

    15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

    10 375

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

    15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    11 500

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    143

    Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

    Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

    [BaP] final microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

    15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    12 50

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

    15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    13 150

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    144

    Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

    Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

    [BaP] final microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

    15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

    14 225

    90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

    15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

    15 375

    90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    145

    Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

    Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

    final microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

    15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

    16 10

    90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

    15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

    17 20

    90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

    Anexo C

    146

    Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

    Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

    final microgL

    Correcccedilatildeo de volume BaP

    microgL CC0

    0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

    15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

    18 60

    90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

    15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

    19 100

    90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

    • Capa
    • Agradecimentos
    • Resumo
    • Abstract
    • Iacutendice geral
    • Iacutendice de tabelas
    • Iacutendice de figuras
    • Abreviaturas
    • 1 Introduccedilatildeo
    • 2 Parte experimental
    • 3 Resultados e discussatildeo
    • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
    • 5 Bibliografia
    • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
    • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
    • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

      i

      Resumo

      Os Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos satildeo considerados poluentes prioritaacuterios

      devido agraves suas caracteriacutesticas toacutexicas canceriacutegenas e mutageacutenicas tanto pela Uniatildeo Europeia

      (UE) como pela Agecircncia de Protecccedilatildeo Ambiental (US - EPA) No entanto apenas 16 estatildeo

      listados como compostos orgacircnicos prioritaacuterios na qual o Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm

      lugar Portugal a UE e a US - EPA tecircm vindo a impor limites legais para a descarga destes

      compostos nas diferentes matrizes ambientais (Ar Aacutegua e Solo)

      A sua origem no ambiente provem de fontes naturais (tais como combustatildeo incompleta a

      temperatura elevada) e antropogeacutenicas (tais como traacutefego e produccedilatildeo de energia) Vaacuterios

      cientistas tecircm vindo a desenvolver processos para remover eou reduzir estes poluentes no

      ambiente

      Estatildeo descritos na literatura processos de remoccedilatildeo de PAHs em particular do BaP em

      diferentes matrizes ambientais os quais podem ser biodegradaccedilatildeo adsorccedilatildeo e tratamento

      fiacutesico quiacutemico tais como Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

      Os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada podem ser considerados os mais apropriados para

      remover PAHs da aacutegua no entanto alguns aspectos relacionados com a reactividade

      mecanismo cineacutetica e produtos intermediarios continuam pouco conhecidos

      O objectivo deste trabalho foi avaliar e optimizar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente

      Fenton (AOP)

      Para tal foi necessaacuterio implementar e validar o meacutetodo analiacutetico para a quantificaccedilatildeo do

      BaP A quantificaccedilatildeo do BaP foi feita em HPLC com detector de fluorescecircncia (FID) pelo

      meacutetodo do padratildeo externo com cinco padrotildees Para avaliar a linearidade procedeu-se agrave

      representaccedilatildeo graacutefica da funccedilatildeo (Aacuterea=f(concentraccedilatildeo)) juntamente com o caacutelculo e anaacutelise

      do coeficiente de correlaccedilatildeo da qual se obteve uma funccedilatildeo linear na gama de concentraccedilotildees 1

      a 100 microgL

      ii

      O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL a meacutedia da precisatildeo intermeacutedia variou entre

      35 e 139 e a exactidatildeo obtida pela meacutedia da percentagem de recuperaccedilatildeo foi de 783 Na

      ausecircncia de resultados de ensaios interlaboratoriais procedeu-se agrave comparaccedilatildeo do caacutelculo da

      estimativa da incerteza por dois conceitos (bottom-upEurochem and top-down modificado)

      As experiecircncias de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram realizadas numa instalaccedilatildeo

      constituiacuteda por um reactor de 260 ml e um banho termostatizado Procedeu-se agrave optimizaccedilatildeo

      de quatro variaacuteveis (pH temperatura concentraccedilatildeo de Fe2+ e concentraccedilatildeo de H2O2) Foi

      usada uma concentraccedilatildeo inicial de BaP de 10 microgL

      Os resultados da optimizaccedilatildeo obtidos foram pH 35 temperatura 40 ordmC concentraccedilatildeo de

      ferro 375 mgL e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50 mgL

      Como oxidante quiacutemico o reagente de Fenton mostrou ser um processo eficiente na

      degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP verificou-se que 984 da concentraccedilatildeo inicial do BaP era

      degradado ao fim de 15 minutos de reacccedilatildeo e ao fim de 40 minutos 992

      Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o reagente de Fenton nas condiccedilotildees

      optimizadas pode ser aplicado no tratamento de BaP em matrizes aquosas com bons

      resultados de degradaccedilatildeo Este eacute um processo economicamente viaacutevel de faacutecil implementaccedilatildeo

      e eficiente

      iii

      Abstract

      Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are considered priority pollutants due to their

      toxicity mutagenicity and carcinigenicity by both European Union (EU) and the Agency of

      Environmental Protection (US - EPA) Although only 16 have been selected as organic

      priority pollutants in the which Benzo(a)Pyrene (BaP) occupies the 7th place There for

      Portugal EU and US - EPA have been imposing legal limits for the waste water discharge and

      for their presence in drinking water

      Both natural (such as incomplete high temperature combustions) and antropogenic

      sources (such traffic or energy generation) account for their diffusion in the environment as a

      consequence of atmospheric transport deposition and dispersion in the environment Several

      scientists have been coming to develop processes of removing andor to reduce these

      pollutants in different environmental samples (Air Water and Soil)

      PAHs and BaP removal processes for different environmental samples are described in

      the literature this can include biodegradation adsorption and physical-chemical such as

      advanced oxidation processes (AOP)

      Advanced oxidation processes can be among the most appropriate technologies to

      remove PAHs from water but some aspects related to reactivity mechanism kinetics and

      intermediates formed still remain unknown

      The aim of this work was to evaluated and finding optimum operating condition for the

      degradation of BaP with Fenton reagent (AOP)

      Quantification of BaP was done by High Pressure Liquid chromatography (HPLC) with

      fluorescence detector (FID) by internal standard method using five concentrations level The

      method showed a good linearity between 1 and 100 microgL

      Detection limit of 237 microgL average intermediate precision of 35 and 139 and

      average recovery of 783 were found In the absence of available interlaboratory studies to

      iv

      assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

      approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

      Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

      mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

      constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

      concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

      concentration in aqueous samples was 10 microgL

      The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

      375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

      As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

      BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

      minutes and 992 until 40 minutes of reaction

      The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

      successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

      implementation and efficient

      v

      Iacutendice Geral

      Resumo i

      Abstract iii

      Iacutendice Geral v

      Iacutendice de Tabelas vii

      Iacutendice de Figuras xii

      Abreviaturas xv

      1 Introduccedilatildeo 1

      11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

      111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

      112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

      113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

      114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

      115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

      12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

      121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

      122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

      123 Fotodegradaccedilatildeo 29

      124 Oxidaccedilatildeo 30

      125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

      1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

      126 Processos Combinados 54

      1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

      vi

      13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

      57

      2 Parte Experimental 63

      21 Metodologia 63

      22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

      23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

      3 Resultados e Discussatildeo 74

      31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

      311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

      312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

      313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

      314 Exactidatildeo 82

      315 Incerteza Global 84

      32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

      321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

      322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

      323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

      324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

      325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

      4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

      5 Bibliografia 107

      Anexo A 125

      Anexo B 127

      Anexo C 135

      vii

      Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

      2005)

      4

      Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

      e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

      6

      Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

      Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

      Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

      Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

      (Ravindra et al 2006)

      11

      Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

      2001 (Ravindra et al 2006)

      12

      Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

      Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

      Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

      Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

      Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

      (Mrozik et al 2002)

      22

      Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

      2000)

      23

      Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

      2000)

      25

      viii

      Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

      Cerniglia CE 1997)

      26

      Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

      Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

      tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

      (adaptado de Brown et al 2003)

      31

      Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

      Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

      processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

      37

      Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

      presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

      48

      Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

      resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

      50

      Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

      ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

      50

      Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

      tipos de matrizes

      52

      Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

      agrave degradaccedilatildeo do BaP

      56

      Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

      para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

      58

      Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

      Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

      M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

      67

      ix

      Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

      Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

      HPLCFLD

      68

      Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

      optimizaccedilatildeo do pH

      71

      Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

      optimizaccedilatildeo da temperatura

      71

      Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

      optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

      72

      Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

      optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

      73

      Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

      degradaccedilatildeo do BaP

      73

      Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

      Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

      o BaP

      82

      Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

      Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

      com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

      84

      Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

      micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

      incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

      86

      Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

      Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

      x

      Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

      Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

      Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

      incerteza

      90

      Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

      degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

      100

      Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

      microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

      Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

      de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

      126

      Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

      Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

      Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

      Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

      Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

      Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

      reagente de Fenton em 3 dias diferentes

      133

      Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

      HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

      134

      Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

      Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

      xi

      Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

      Fe2+

      141

      Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

      H2O2

      143

      Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

      condiccedilotildees oacuteptimas

      145

      xii

      Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

      Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

      2001)

      5

      Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

      Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

      (Ravindra et al 2006)

      11

      Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

      Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

      fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

      20

      Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

      persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

      33

      Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

      Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

      Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

      do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

      37

      Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

      com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

      (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      43

      Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

      Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

      de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      44

      xiii

      Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

      tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

      iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

      1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      44

      Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

      Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

      com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

      5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      47

      Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

      nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

      49

      Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

      aquosas

      64

      Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

      Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

      Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

      matrizes aquosas

      66

      Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

      construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

      75

      Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

      oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

      reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

      76

      Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

      Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

      Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

      Confianccedila)

      79

      xiv

      Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

      Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

      a passo e segundo Thompson para o BaP

      92

      Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

      Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

      94

      Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

      95

      Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

      apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

      97

      Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

      apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

      97

      Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

      apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

      99

      Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

      apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

      99

      Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

      concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

      Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

      H2O2=50 mgL

      102

      xv

      Abreviaturas

      Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

      ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

      AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

      BaP Benzo(a)Pireno

      [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

      BbF Benzo(b)fluoranteno

      BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

      CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

      CO2 Dioacutexido de Carbono

      Conc Concentraccedilatildeo

      CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

      CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

      ECD Detector de Captura de electrotildees

      EPA Environmental Protection Agency

      FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

      Fla Fenantreno

      FLD Fluorescecircncia

      GC Cromatografia Gasosa

      GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

      GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

      H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

      HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

      IC Intervalo de Confianccedila

      xvi

      ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

      ICb Intervalo de confianccedila do declive

      IPCS International Programme on Chemical Safety

      K Kelvin

      Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

      LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

      LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

      LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

      LCSS Limite de Controlo Superior Superior

      LD Limite de detecccedilatildeo

      LVI Large volume injection

      MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

      MASE Membrane assisted solvent extraction

      N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

      n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

      ND Natildeo detectado

      NQA Normas de Qualidade Ambiental

      PA Poliacrilato

      PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

      PDMS Polidimetilsiloxano

      PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

      R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

      Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

      Sb Desvio padratildeo associado ao declive

      Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

      xvii

      SBaP Desvio padratildeo do BaP

      SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

      SFE Supercritical Fluid Extraction

      SPE Solid Phase Extraction

      SPME Solid Phase MicroExtraction

      Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

      t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

      Tamb Temperatura ambiente

      TiO2 Oxido de titacircnio

      TOC Carbono Orgacircnico Total

      Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

      u Incerteza absoluta

      U Incerteza relativa

      U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

      U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

      U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

      U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

      US - EPA United States Environmental Protection Agency

      UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

      uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

      xi Concentraccedilatildeo de analito

      X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

      x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

      Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

      xviii

      y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

      yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

      λEm Comprimento de onda de emissatildeo

      λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

      Introduccedilatildeo

      1

      1 Introduccedilatildeo

      Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

      poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

      Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

      constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

      antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

      destes compostos (Lee et al 1981)

      Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

      (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

      identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

      um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

      As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

      1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

      e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

      Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

      particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

      Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

      distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

      (Finlayson-Pitts et al 1997)

      Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

      partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

      canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

      substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

      orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

      Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

      determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

      Introduccedilatildeo

      2

      Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

      seus autores (Costa 2001)

      A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

      ambientais e bioloacutegicas

      Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

      considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

      monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

      Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

      combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

      canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

      especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

      desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

      sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

      Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

      deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

      foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

      et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

      processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

      Fenton (Flotron et al 2005)

      Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

      matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

      posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

      necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

      temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

      optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

      Introduccedilatildeo

      3

      11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

      O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

      conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

      Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

      Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

      Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

      Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

      lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

      Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

      Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

      Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

      Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

      As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

      Composto muito pouco volaacutetil

      Natildeo tem odor

      Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

      Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

      parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

      Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

      Baixas pressotildees de vapor

      Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

      transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

      O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

      assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

      As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

      Introduccedilatildeo

      4

      Baixa solubilidade em aacutegua

      Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

      compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

      absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

      Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

      PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

      a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

      Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

      directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

      solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

      Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

      Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

      Foacutermula Molecular C20H12

      Estrutura Molecular

      CAS Number 50-32-8

      Massa Molecular (gmol) 2523093

      Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

      Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

      Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

      Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

      Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

      Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

      Log Kow (1) 650

      Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

      Introduccedilatildeo

      5

      111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

      Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

      e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

      combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

      maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

      subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

      O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

      atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

      em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

      Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

      O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

      na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

      especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

      Introduccedilatildeo

      6

      Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

      ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

      degradaccedilatildeo natural

      Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

      Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

      Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

      Volatilizaccedilatildeo

      Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

      Biodegradaccedilatildeo

      Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

      Solo Plantas Partiacuteculas

      Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

      Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

      Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

      e de diferentes zonas geograacuteficas

      Introduccedilatildeo

      7

      Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

      Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

      Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

      Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

      Rio Qiantang ND-1010 mgL

      Canal Hangzhou ND-6640 mgL

      Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

      Lago West ND-1022 mgL

      Zhu et al 2004

      Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

      Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

      Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

      Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

      Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

      Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

      Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

      Greacutecia

      Aacuteguas superficiais

      Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

      Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

      1064-11520 pgL

      Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

      500-7136 pgL

      Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

      Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

      Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

      01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

      2-50 ngL

      Dinamarca (Horsholm)

      Aacutegua de consumo humano 004 ngL

      Finlacircndia (Helsinquia)

      Aacutegua de consumo humano 005 ngL

      Dinamarca (Copenhaga )

      Aacutegua de consumo humano 005 ngL

      Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

      Manoli et al 1999

      Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

      Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

      Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

      Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

      Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

      Introduccedilatildeo

      8

      112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

      O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

      devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

      petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

      outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

      Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

      O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

      como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

      (Netto et al 2000)

      As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

      complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

      particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

      carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

      aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

      Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

      Introduccedilatildeo

      9

      Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

      Categoria Referecircncias

      Fontes estacionaacuterias

      Induacutestria de ferro Yang et al 1998

      Fontes moacuteveis

      Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

      Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

      Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

      Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

      Fontes de combustatildeo

      Fontes de combustatildeo Park et al 2002

      Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

      Fontes caseiras

      Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

      Queima de incenso Li e Ro 2000

      Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

      Introduccedilatildeo

      10

      Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

      Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

      Automoacuteveis

      ToyotaHilux 2099 microgKg

      AacutesiaTopic 16315 microgKg

      Mercedes Benz Sprinter F310D ND

      Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

      Abrantes et al 2004

      Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

      queimado

      01 tonano (Alemanha)

      Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

      Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

      IPCS 1998 Ravindra et al 2006

      Cinzas e fuligem de unidades residenciais

      Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

      Lenha de pinheiro 1747 mgKg

      Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

      Turfa 286 mgKg

      Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

      Kakareka et al 2005

      Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

      Emissotildees de combustatildeo

      Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

      Vidoeiro Seco 1096 microgm3

      Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

      Turfa ND

      Kakareka et al 2005

      Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

      legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

      BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

      um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

      a 164 tonano ateacute 2001

      Introduccedilatildeo

      11

      Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

      Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

      (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

      Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

      EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

      ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

      Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

      al 2006)

      Introduccedilatildeo

      12

      Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

      Introduccedilatildeo

      13

      113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

      A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

      tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

      O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

      fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

      e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

      2007)

      Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

      durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

      levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

      Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

      aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

      na pele (Luttrell et al 2007)

      O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

      inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

      provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

      mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

      aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

      114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

      A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

      irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

      vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

      deles ainda desconhecidos

      Introduccedilatildeo

      14

      Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

      associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

      aerossoacuteis atmosfeacutericos

      A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

      importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

      No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

      fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

      processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

      composto (IPCS 1998)

      O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

      em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

      Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

      podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

      humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

      BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

      processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

      Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

      Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

      microgKg Bibliografia

      Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

      Camargo et al 2003

      Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

      Camargo et al 2003

      Introduccedilatildeo

      15

      Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

      (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

      condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

      Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

      risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

      caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

      rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

      com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

      urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

      industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

      aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

      2000)

      A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

      ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

      considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

      durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

      (Netto et al 2000)

      A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

      anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

      normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

      benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

      que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

      sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

      causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

      importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

      ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

      seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

      compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

      com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

      et al 2000)

      Introduccedilatildeo

      16

      A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

      com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

      haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

      concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

      precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

      amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

      meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

      BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

      Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

      No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

      animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

      Introduccedilatildeo

      17

      115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

      Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

      haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

      incluindo ar aacutegua e solos

      Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

      que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

      aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

      de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

      Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

      Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

      de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

      Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

      2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

      Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

      valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

      Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

      mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

      Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

      que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

      nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

      A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

      de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

      Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

      vigor para aacutegua

      Introduccedilatildeo

      18

      Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

      DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

      4 PAHs 010 microgL DL 24301

      Benzo(a)Pireno 001 microgL

      DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

      WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

      A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

      qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

      directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

      Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

      costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

      (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

      efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

      ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

      No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

      ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

      para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

      e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

      Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

      interiores Outras aacuteguas de

      superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

      Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

      PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

      Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

      Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

      Benzo(ghi)perileno 191-24-2

      Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

      Introduccedilatildeo

      19

      12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

      No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

      oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

      pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

      adsorvido

      Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

      de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

      concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

      sedimentos)

      121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

      A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

      envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

      presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

      Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

      Temperatura

      pH

      Substacircncias toacutexicas

      Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

      de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

      microrganismos tolerantes aos poluentes

      Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

      existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

      adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

      envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

      de degradar o BaP

      Introduccedilatildeo

      20

      Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

      (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

      alguns desses microrganismos

      Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

      PAH Microrganismos

      Benzo(a)Pireno

      Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

      NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

      Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

      Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

      A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

      (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

      Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

      mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

      Introduccedilatildeo

      21

      Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

      As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

      molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

      2004)

      A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

      posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

      derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

      catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

      aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

      a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

      meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

      carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

      Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

      aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

      energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

      O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

      este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

      Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

      Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

      Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

      Introduccedilatildeo

      22

      Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

      Composto Bacteacuteria Metabolitos

      Cis-45-BaPdihidrodiol

      Cis-910-BaPdihidrodiol

      Cis-78- BaPdihidrodiol

      45-criseno-dicarboxilico aacutecido

      Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

      Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

      78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

      Benzo(a)Pireno

      Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

      78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

      Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

      culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

      presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

      Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

      com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

      concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

      quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

      uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

      Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

      O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

      Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

      contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

      Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

      Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

      succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

      Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

      foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

      Introduccedilatildeo

      23

      Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

      Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

      remoccedilatildeo

      CO2 produzido

      Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

      Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

      Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

      Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

      Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

      28

      32 dias

      Schneider et al 1996

      Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

      Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

      Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

      Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

      Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

      Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

      Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

      Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

      Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

      Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

      Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

      Introduccedilatildeo

      24

      Degradaccedilatildeo por Fungos

      Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

      capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

      transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

      no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

      Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

      chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

      BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

      1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

      Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

      enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

      Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

      detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

      elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

      Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

      acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

      preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

      dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

      Introduccedilatildeo

      25

      Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

      Fungos Substrato de crescimento

      QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

      remoccedilatildeo

      CO2 produzido

      Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

      Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

      Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

      Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

      Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

      Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

      Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

      Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

      Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

      Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

      Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

      Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

      Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

      Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

      Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

      Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

      Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

      Introduccedilatildeo

      26

      Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

      Composto Referecircncia Metabolitos

      Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

      Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

      Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

      Benzo(a)pyrene-16-quinone

      Benzo(a)pyrene-36-quinone

      Benzo(a)pyrene-612-quinone

      3-Hydroxybenzo(a)pyrene

      9-Hydroxybenzo(a)pyrene

      7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

      7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

      Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

      BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

      Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

      Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

      quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

      White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

      Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

      os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

      1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

      Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

      dihidrodiols

      Introduccedilatildeo

      27

      Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

      Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

      Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

      Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

      Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

      Grande variedade de PAHs

      acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

      --- --- Pickart et al 1999

      Solo

      White rot fungus Bjerkandera sp Strain

      BOS55 Benzo(a)Pireno

      Culturas puras e condiccedilotildees

      laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

      Solo com creosote

      Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

      Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

      VUO10 201

      Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

      Benzo(a)Pireno

      Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

      e fungos ---- Boonchan et al2000

      Introduccedilatildeo

      28

      122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

      poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

      equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

      simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

      mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

      Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

      graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

      extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

      Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

      por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

      baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

      irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

      O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

      superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

      carvatildeo activado satildeo

      Carvatildeo betuminoso

      Ossos

      Casca de coco

      Turfa

      Casca de noz

      Resiacuteduos de petroacuteleo

      Accediluacutecar

      Madeira

      Caroccedilo de azeitona

      Caroccedilo de pecircssego

      Introduccedilatildeo

      29

      A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

      presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

      a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

      quiacutemica da sua superfiacutecie

      A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

      liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

      poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

      Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

      leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

      particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

      atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

      123 Fotodegradaccedilatildeo

      A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

      pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

      processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

      quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

      solar (Ferrarese et al 2007)

      No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

      A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

      em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

      A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

      fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

      E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

      aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

      alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

      cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

      Introduccedilatildeo

      30

      Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

      metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

      Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

      124 Oxidaccedilatildeo

      A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

      hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

      O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

      no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

      compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

      Permanganato

      O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

      Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

      e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

      Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

      sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

      MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

      Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

      podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

      de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

      oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

      carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

      Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

      PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

      Introduccedilatildeo

      31

      Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

      introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

      problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

      na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

      manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

      formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

      Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

      (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

      Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

      permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

      desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

      A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

      Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

      minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

      Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

      para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

      Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

      Introduccedilatildeo

      32

      Persulfato

      O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

      persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

      persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

      Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

      seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

      parte de compostos orgacircnicos

      A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

      iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

      equaccedilatildeo 2

      S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

      bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

      A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

      Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

      efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

      todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

      reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

      instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

      mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

      oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

      Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

      os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

      PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

      de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

      Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

      amostras de solo (Figura 7)

      Introduccedilatildeo

      33

      Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

      (adaptado de Nadim et al 2005)

      125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

      Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

      descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

      Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

      se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

      mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

      Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

      (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

      orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

      por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

      Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

      velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

      TiO2)

      A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

      satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

      Tempo (horas)

      Introduccedilatildeo

      34

      A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

      compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

      intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

      finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

      apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

      O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

      utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

      toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

      dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

      Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

      Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

      Processos com Ozono Processos sem Ozono

      O3 a pH elevado H2O2 + UV

      O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

      O3 + H2O2 Ultra-sons

      O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

      O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

      O3 + TiO2 + H2O2

      O3 + Ultra-sons

      Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

      seguintes vantagens (Yin et al 1999)

      Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

      oxidante aquoso

      Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

      Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

      processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

      Introduccedilatildeo

      35

      O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

      local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

      descarga

      O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

      molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

      tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

      desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

      directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

      Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

      PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

      existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

      Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

      O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

      poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

      com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

      Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

      (Figura 8 e 9)

      Fotoacutelise directa

      Ozonizaccedilatildeo directa

      Oxidaccedilatildeo por radical

      Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

      com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

      Introduccedilatildeo

      36

      Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

      Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

      Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

      poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

      O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

      orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

      luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

      Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

      Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

      nas seguintes conclusotildees

      A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

      degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

      degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

      Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

      Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

      combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

      ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

      Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

      com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

      Introduccedilatildeo

      37

      Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

      Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

      pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

      2 104 443 412 145 27

      4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

      Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

      Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

      aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

      medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

      naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

      contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

      degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

      Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

      CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

      Introduccedilatildeo

      38

      Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

      De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

      em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

      vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

      A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

      destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

      por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

      poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

      Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

      quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

      H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

      A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

      processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

      A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

      apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

      com o H2O2

      Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

      A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

      decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

      H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

      Introduccedilatildeo

      39

      A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

      aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

      de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

      Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

      A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

      decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

      de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

      Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

      UVTiO2

      O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

      proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

      geradas espeacutecies oxidativas

      O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

      processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

      interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

      desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

      baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

      1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

      Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

      Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

      A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

      destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

      Introduccedilatildeo

      40

      de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

      substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

      oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

      aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

      reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

      Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

      distintas

      Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

      Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

      presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

      UV)

      Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

      a um catalisador metaacutelico

      O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

      e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

      (equaccedilatildeo 5)

      Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

      No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

      radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

      Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

      A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

      oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

      Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

      ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

      trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

      apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

      Introduccedilatildeo

      41

      consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

      as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

      Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

      H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

      Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

      minus (Equaccedilatildeo 9)

      Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

      + H+ (Equaccedilatildeo 10)

      Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

      O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

      muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

      mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

      autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

      radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

      RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

      As principais variaacuteveis do processo satildeo

      Quantidade de ferro

      Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

      Razatildeo entre Fe2+H2O2

      Concentraccedilatildeo de substrato

      Temperatura

      pH

      Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

      concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

      maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

      de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

      A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

      temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

      Introduccedilatildeo

      42

      oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

      das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

      Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

      De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

      de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

      excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

      Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

      um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

      que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

      Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

      progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

      concentraccedilatildeo do material orgacircnico

      Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

      Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

      e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

      hidroxilo

      A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

      sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

      razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

      (Equaccedilatildeo 13)

      Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

      degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

      (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

      Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

      Introduccedilatildeo

      43

      Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

      reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

      A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

      iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

      haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

      igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

      hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

      Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

      oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

      remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

      hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

      Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

      M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

      constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

      Introduccedilatildeo

      44

      Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

      reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

      seguido do Fluoreno (Figura 13)

      Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

      durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      Introduccedilatildeo

      45

      A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

      devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

      Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

      tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

      Efeito da temperatura

      A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

      temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

      quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

      tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

      Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

      ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

      Efeito do pH

      As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

      necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

      maximizar a eficiecircncia

      O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

      precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

      aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

      aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

      eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

      efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

      reutilizaccedilatildeo

      Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

      situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

      baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

      Introduccedilatildeo

      46

      Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

      (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

      isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

      Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

      Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

      sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

      pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

      diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

      depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

      atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

      A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

      descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

      peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

      em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

      Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

      de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

      aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

      Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

      de H2O2

      Tempo de reacccedilatildeo (min)

      Introduccedilatildeo

      47

      Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

      Efeito do tempo de reacccedilatildeo

      O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

      razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

      Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

      O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

      a seguinte finalidade

      Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

      Reduccedilatildeo da toxicidade

      Aumento da biodegradabilidade

      Reduccedilatildeo da cor e cheiro

      Remoccedilatildeo da CQOCBO

      Introduccedilatildeo

      48

      Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

      da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

      Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

      poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

      experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

      A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

      Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

      Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

      Experiecircncia Fe2+ (molL)

      H2O2 (molL)

      Fe2+sumPAHs (molmol)

      H2O2Fe2+ (molmol) PAH

      Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

      1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

      2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

      3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

      4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

      5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

      6 1610-4 3210-4

      (adiccedilatildeo em 2 passos

      155 2 Mistura - BaP

      Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

      Introduccedilatildeo

      49

      Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

      condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

      Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

      trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

      foram

      Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

      1510-5 M

      Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

      12

      As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

      pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

      Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

      conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

      Introduccedilatildeo

      50

      Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

      PAH Nordm composto

      Produto encontrado ou identificado

      tempo de retenccedilatildeo

      (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

      1 phthalic anhydrid 14

      2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

      3 acenaphthene 167

      4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

      6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

      10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

      12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

      Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

      verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

      do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

      apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

      estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

      Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

      economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

      em matizes aquosas

      Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

      Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

      PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

      Introduccedilatildeo

      51

      Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

      Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

      dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

      dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

      Introduccedilatildeo

      52

      Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

      Matriz PAH [BaP] T

      (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

      remoccedilatildeo Bibliografia

      Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

      BaP concentrado em etanol

      BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

      Solo BaP+ 17 PAHs 25

      10 ml de FeSO4= 10

      mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

      aneacuteis) Jonsson et al 2007

      Sedimentos BaP+16 PAHs

      1427 mgKg Tamb pH

      sedimento 4 ml de

      FeSO4= 05 M

      40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

      FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

      Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

      Lama

      BaP+2 PAHs 031

      mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

      asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

      Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

      Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

      Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

      Introduccedilatildeo

      53

      Vantagens e desvantagens do meacutetodo

      Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

      sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

      Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

      Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

      tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

      Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

      utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

      O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

      geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

      Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

      convencionais

      Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

      vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

      todas as classes de compostos orgacircnicos

      Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

      coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

      processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

      Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

      Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

      piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

      Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

      decomposto

      Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

      Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

      Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

      insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

      Introduccedilatildeo

      54

      O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

      potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

      redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

      aumento deste potencial

      126 Processos Combinados

      A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

      poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

      tratamento

      A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

      diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

      objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

      Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

      tais como

      Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

      Aumento da biodegradaccedilatildeo

      Custos

      Produccedilatildeo de resiacuteduos

      1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

      Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

      satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

      microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

      vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

      contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

      residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

      numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

      Introduccedilatildeo

      55

      Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

      lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

      A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

      mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

      conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

      A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

      entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

      o poacutes-tratamento

      A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

      A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

      mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

      Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

      funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

      oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

      propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

      BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

      Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

      Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

      2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

      em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

      tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

      552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

      Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

      processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

      Introduccedilatildeo

      56

      Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

      Carvatildeo activado Zhou et al 2005

      Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

      Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

      Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

      Persulfato Nadim et al 2005

      Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

      Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

      Custos elevados Difiacutecil manuseamento

      UVO3 Ledakowicz et al 2001

      Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

      UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

      Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

      O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

      UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

      Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

      AOPs

      Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

      Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

      Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

      Introduccedilatildeo

      57

      13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

      Soluccedilotildees Aquosas

      Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

      recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

      Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

      matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

      Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

      com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

      extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

      Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

      devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

      A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

      compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

      que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

      poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

      A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

      arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

      afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

      que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

      separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

      representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

      Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

      Introduccedilatildeo

      58

      Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

      Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

      arrasteFase moacutevel

      Fase moacutevel

      Caudal mlmin PAH

      BaP λ Exc (nm)

      BaP λ Em (nm)

      Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

      Tempo de retenccedilatildeo

      BaP (min) LD Bibliografia

      GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

      HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

      Hwang et al 2006

      GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

      GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

      HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

      Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

      microgL USEPA 550

      GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

      microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

      10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

      GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

      microgml Anyakora et al 2005

      HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

      14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

      LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

      mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

      ngL Rodil et al 2007

      HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

      ngL Zhu et al 2004

      HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

      ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

      HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

      Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

      monocloroacetato de soacutedio

      10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

      microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

      HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

      BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

      BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

      Introduccedilatildeo

      59

      Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

      Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

      arrasteFase moacutevel

      Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

      BaP λ Exc (nm)

      BaP λ Em (nm)

      Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

      Tempo de retenccedilatildeo

      BaP (min) LD Bibliografia

      HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

      BaP + 14 PAHs

      290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

      Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

      microgL Algarra et al 2005

      GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

      Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

      BaP + 15 PAHs

      BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

      microgml Anyakora et al 2006

      GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

      Aacutegua

      A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

      Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

      01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

      BaP=044 ngml Doong et al 2000

      GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

      Aacutegua

      30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

      Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

      5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

      BaP=024 ngml Doong et al 2000

      GCMS SBSE Matriz aquosa

      HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

      10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

      Kolahgar et al 2002

      GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

      DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

      Heacutelio 10 mlmin

      BaP + 26 PAHs

      0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

      ngL

      Fernandez-Gonzalez et al 2007

      GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

      BaP + 15 PAHs

      BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

      microgL Wei et al 2007

      LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

      52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

      Introduccedilatildeo

      60

      Cromatografia Gasosa

      O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

      concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

      niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

      compostos vestiacutegiais

      Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

      satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

      A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

      (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

      Espectrometria de Massa)

      A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

      da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

      coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

      substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

      detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

      feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

      A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

      dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

      permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

      principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

      (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

      compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

      estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

      Introduccedilatildeo

      61

      Cromatografia Liacutequida

      A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

      princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

      2003)

      Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

      envolvidos

      Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

      pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

      bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

      cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

      dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

      de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

      ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

      (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

      devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

      os solutos

      Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

      vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

      (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

      suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

      saindo da coluna separados uns dos outros

      Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

      colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

      liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

      Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

      diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

      utiliza

      Introduccedilatildeo

      62

      Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

      da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

      usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

      constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

      compatiacutevel para uma larga gama de solventes

      Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

      sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

      anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

      Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

      siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

      Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

      representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

      injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

      Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

      soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

      no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

      perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

      submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

      dissolvidos com heacutelio

      A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

      variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

      possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

      Parte Experimental

      63

      2 Parte Experimental

      21 Metodologia

      A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

      consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

      apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

      degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

      deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

      22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

      Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

      do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

      da metodologia usada

      221 Reagentes

      No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

      Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

      com grau de pureza de 999

      Etanol Absoluto (Panreac)

      Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

      Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

      HPLC

      Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

      Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

      apresentados na Tabela 26

      Parte Experimental

      64

      Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

      Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

      Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

      Etanol Absoluto Panreac

      Sulfito de Soacutedio Merck

      Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

      Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

      Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

      222 Equipamento

      Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

      A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

      com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

      apresentado na Figura 17

      Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

      Parte Experimental

      65

      Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

      cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

      Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

      A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

      os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

      cada 500 mL antes do arranque do equipamento

      A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

      software EZChrom Elite

      Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

      A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

      camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

      magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

      Legenda 1 ndash Reactor de camisa

      2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

      3 ndash Agitador magneacutetico

      4 ndash Barra magneacutetica

      5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

      6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

      Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

      Parte Experimental

      66

      Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

      aquosas

      223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

      A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

      constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

      500 mL

      224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

      Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

      Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

      mL

      Parte Experimental

      67

      Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

      Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

      soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

      Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

      Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

      Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

      Volume Total do padratildeo (ml)

      1 1 10 100 2 10 10 10

      3 40 40 10 4 60 60 10

      5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

      As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

      soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

      Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

      1 hora

      Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

      (micro l)

      Volume Total do padratildeo (ml)

      10 100 100 20 200 100

      60 600 100 100 1000 100

      Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

      volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

      exemplo de caacutelculo

      Parte Experimental

      68

      225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

      As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

      Tabela 29

      Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

      Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

      Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

      λem 405 nm

      Volume de injecccedilatildeo 50 microl

      Tempo anaacutelise 15 minutos

      226 Quantificaccedilatildeo

      O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

      calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

      controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

      Parte Experimental

      69

      23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

      Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

      quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

      A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

      fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

      variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

      relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

      231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

      Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

      oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

      Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

      Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

      do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

      Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

      mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

      De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

      40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

      regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

      padratildeo para anaacutelise

      Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

      soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

      Parte Experimental

      70

      De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

      de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

      mL para anaacutelise

      A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

      inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

      foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

      Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

      foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

      hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

      e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

      concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

      segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

      bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

      corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

      por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

      recolhidas

      Optimizaccedilatildeo do pH

      Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

      fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

      bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

      Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

      para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

      Parte Experimental

      71

      Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

      Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

      Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

      temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

      com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

      realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

      Fenton

      Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

      optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

      Parte Experimental

      72

      Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

      Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

      concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

      aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

      apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

      Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

      Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

      Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

      Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

      hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

      Parte Experimental

      73

      Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

      Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

      Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

      optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

      apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

      oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

      Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

      Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

      Resultados e Discussatildeo

      74

      3 Resultados e Discussatildeo

      No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

      vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

      BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

      BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

      31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

      A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

      estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

      isto eacute serve para o fim a que se destina

      Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

      Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

      Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

      Estimar a incerteza global associada ao resultado

      Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

      discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

      uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

      Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

      (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

      poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

      Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

      resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

      (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

      e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

      Resultados e Discussatildeo

      75

      Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

      efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

      robustez

      Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

      fiabilidade

      311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

      A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

      tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

      concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

      interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

      Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

      construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

      A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

      aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

      verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

      apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

      subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

      gama de comprimentos de onda utilizados

      BaP

      Resultados e Discussatildeo

      76

      Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

      constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

      por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

      para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

      Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

      apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

      degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

      10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

      Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

      Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

      dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

      controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

      Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

      Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

      Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

      Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

      BaP

      BaP

      Resultados e Discussatildeo

      77

      Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

      Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

      Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

      Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

      Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

      fluorescecircncia varia bastante no tempo

      Resultados e Discussatildeo

      78

      As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

      distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

      permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

      reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

      apenas a precisatildeo

      Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

      situaccedilotildees (ISO 82581993)

      Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

      Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

      Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

      Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

      Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

      proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

      Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

      do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

      encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

      No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

      valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

      controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

      recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

      (excluindo os fora de controlo)

      Resultados e Discussatildeo

      79

      312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

      Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

      gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

      quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

      Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

      obtidos segundo o modelo do tipo

      y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

      Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

      declive e a a ordenada na origem

      Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

      linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

      Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

      Resultados e Discussatildeo

      80

      Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

      Declive (microgL V) b=

      985139

      Ordenada na origem (V) a= -1558656

      Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

      09993

      Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

      Desvio padratildeo associado a a Sa=

      779502

      Desvio padratildeo associado a b Sb=

      14091

      Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

      Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

      Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

      Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

      Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

      Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

      Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

      laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

      adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

      O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

      o declive) for inferior a 5

      A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

      O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

      Resultados e Discussatildeo

      81

      Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

      bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

      que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

      do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

      Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

      bibliografia

      O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

      a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

      incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

      as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

      superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

      dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

      deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

      assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

      forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

      termos de concentraccedilatildeo

      313 Precisatildeo do Meacutetodo

      A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

      independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

      condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

      Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

      refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

      utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

      A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

      entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

      (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

      valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

      Resultados e Discussatildeo

      82

      Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

      Concentraccedilotildees medidas microgL

      Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

      microgL

      Dia 1 83 645 1203

      Dia 2 106 579 1205

      Dia 3 109 606 1109

      Dia 4 125 591 1190

      Dia 5 108 568 1148

      Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

      Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

      CV = S x () 139 50 35

      Erro relativo 64 03 171

      O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

      50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

      erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

      acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

      maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

      demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

      314 Exactidatildeo

      A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

      Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

      na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

      anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

      2006)

      Resultados e Discussatildeo

      83

      Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

      amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

      contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

      Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

      Tabela B5 do Anexo B

      Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

      Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

      1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

      Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

      A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

      do padratildeo adicionado

      A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

      Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

      degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

      de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

      obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

      Resultados e Discussatildeo

      84

      Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

      Amostras contaminadas

      Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

      1 485 485

      2 376 376

      3 458 458

      Meacutedia 440 440

      Desvio padratildeo 57 57

      Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

      degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

      44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

      interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

      315 Incerteza Global

      A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

      fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

      foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

      A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

      combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

      de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

      erro que mais contribuem

      Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

      incerteza global

      Resultados e Discussatildeo

      85

      Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

      Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

      Incerteza associada agrave precisatildeo U3

      Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

      A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

      expressatildeo

      (Equaccedilatildeo 15)

      Em que U representa a incerteza global em

      3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

      Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

      (Equaccedilatildeo 16)

      Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

      preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

      Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

      A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

      balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

      Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

      confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

      (EurachemCITAC Guide 2000)

      (Equaccedilatildeo 17)

      Resultados e Discussatildeo

      86

      Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

      As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

      fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

      obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

      Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

      micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

      Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

      Balotildees Volumeacutetricos

      Incerteza (u) 0010 0024 0041

      Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

      Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

      Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

      Soluccedilatildeo matildee M1

      Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

      incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

      da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

      =00098 (Equaccedilatildeo 18)

      Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

      As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

      Tabela 40

      Resultados e Discussatildeo

      87

      A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

      calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

      da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

      (Equaccedilatildeo 19)

      Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

      Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

      matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

      Concentraccedilatildeo BaP microgL

      Concentraccedilatildeo mgL

      Incerteza U

      Volume (mL)

      Incerteza micropipeta

      U Volume

      (mL)

      Incerteza absoluta u (mL)

      U1 padrotildees

      1 10 100E-02 100 0100 140

      10 10 100E-02 10 0025 142

      40 40 930E-03 10 0025 137

      60 60 890E-03 10 0025 134

      100

      10 00098

      100 800E-03 10 0025 129

      3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

      Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

      pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

      (Equaccedilatildeo 20)

      Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

      calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

      do Anexo B

      (Equaccedilatildeo 21)

      Resultados e Discussatildeo

      88

      Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

      padratildeo neste caso n=2

      Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

      3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

      A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

      aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

      apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

      A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

      (Equaccedilatildeo 22)

      (Equaccedilatildeo 23)

      Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

      nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

      efectuados

      Resultados e Discussatildeo

      89

      Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

      Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

      n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

      Incerteza relativa (U3) 623 223 159

      3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

      A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

      realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

      (Equaccedilatildeo 24)

      Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

      nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

      Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

      Rmax 853 Rmin 714

      Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

      U4 008

      Resultados e Discussatildeo

      90

      3145 Incerteza Global Uglobal

      A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

      Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

      segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

      Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

      Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

      100 140 5676 1625 008 591

      1000 142 1074 630 008 125

      4000 137 250 284 008 40

      6000 134 164 217 008 30

      10000 129 126 161 008 24

      A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

      BaP na Figura 26

      Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

      Resultados e Discussatildeo

      91

      A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

      altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

      A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

      primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

      trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

      grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

      em estudos de degradaccedilatildeo

      Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

      incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

      ordem de grandeza

      A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

      prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

      (Equaccedilatildeo 26)

      Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

      Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

      matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

      imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

      No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

      propondo o seguinte

      Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

      corresponde a 120 microgKg)

      Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

      Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

      corresponde a 138 gKg)

      Resultados e Discussatildeo

      92

      As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

      expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

      concentraccedilotildees usadas

      Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

      Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

      segundo Thompson (2000) para o BaP

      Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

      segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

      da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

      Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

      vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

      incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

      caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

      seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

      para o aumento da incerteza global

      Resultados e Discussatildeo

      93

      Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

      incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

      Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

      32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

      De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

      degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

      concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

      Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

      degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

      baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

      que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

      Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

      do BaP de 10 microgL

      Resultados e Discussatildeo

      94

      321 Optimizaccedilatildeo do pH

      As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

      oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

      grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

      para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

      oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

      perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

      Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

      referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

      resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

      Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

      Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

      melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

      demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

      este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

      Resultados e Discussatildeo

      95

      322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

      Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

      temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

      eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

      e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

      A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

      (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

      diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

      31

      Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

      Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

      reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

      as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

      mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

      que os restantes ensaios

      Resultados e Discussatildeo

      96

      As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

      como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

      de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

      a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

      qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

      15 minutos de reacccedilatildeo

      323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

      O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

      aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

      baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

      realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

      concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

      de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

      pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

      realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

      ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

      degradaccedilatildeo

      Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

      de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

      apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

      experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

      de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

      Resultados e Discussatildeo

      97

      Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

      Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

      Resultados e Discussatildeo

      98

      Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

      as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

      eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

      escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

      resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

      se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

      como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

      ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

      324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

      O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

      peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

      Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

      Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

      concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

      estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

      degradaccedilatildeo obtidos

      Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

      escala)

      Resultados e Discussatildeo

      99

      Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

      Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

      Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

      Resultados e Discussatildeo

      100

      Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

      mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

      e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

      uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

      50 mgL

      Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

      5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

      Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

      flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

      caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

      Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

      Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

      de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

      Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

      pH 35

      Temperatura ordmC 40

      Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

      Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

      [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

      [H2O2][Fe2+] (massa) 133

      Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

      M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

      [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

      trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

      Resultados e Discussatildeo

      101

      Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

      bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

      degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

      nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

      Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

      [BaP] microgL

      Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

      final microgL Correcccedilatildeo de

      volume BaP microgL CC0

      0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

      15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

      10

      90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

      foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

      que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

      algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

      Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

      de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

      satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

      melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

      concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

      325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

      Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

      10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

      elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

      Resultados e Discussatildeo

      102

      Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

      de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

      Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

      concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

      Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

      aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

      uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

      diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

      em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

      Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

      (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

      caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

      necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

      molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

      Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

      estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

      Resultados e Discussatildeo

      103

      facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

      concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

      o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

      Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

      reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

      os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

      nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

      baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

      de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

      a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

      tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

      do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

      aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

      A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

      causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

      bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

      Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

      mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

      satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

      satildeo de degradar

      Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

      104

      4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

      O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

      poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

      o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

      estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

      Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

      obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

      literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

      A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

      concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

      106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

      meacutedia de 1171 microgL

      Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

      por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

      foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

      Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

      valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

      consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

      1 microgL)

      Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

      oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

      BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

      usadas satildeo miacutenimas

      Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

      105

      Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

      hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

      aumentavam

      Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

      de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

      [H2O2]=50 mgL

      Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

      Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

      pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

      limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

      reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

      que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

      realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

      encontradas no ambiente em amostras aquosas

      Sugestotildees Futuras

      Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

      complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

      recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

      na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

      (The statistical Discovery Software)

      Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

      exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

      completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

      tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

      Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

      106

      Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

      com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

      reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

      degradaccedilatildeo

      No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

      econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

      provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

      Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

      PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

      possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

      mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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      Anexo A

      125

      Anexo A

      Efeitos do Benzo(a)Pireno

      Anexo A

      126

      Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

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      Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

      Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

      Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

      Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

      Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

      Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

      Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

      Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

      Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

      Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

      Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

      Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

      Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

      Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

      Anexo B

      127

      Anexo B

      Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

      Anexo B

      128

      Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

      de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

      Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

      Aacuterea (Volt)

      Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

      1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

      2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

      3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

      4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

      5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

      6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

      7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

      8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

      9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

      10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

      11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

      12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

      13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

      14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

      15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

      16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

      17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

      18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

      Anexo B

      129

      Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

      Aacuterea (Volts)

      Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

      1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

      2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

      3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

      4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

      5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

      6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

      7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

      8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

      9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

      10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

      11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

      12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

      13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

      14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

      15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

      16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

      17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

      Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

      para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

      caacutelculo de incertezas

      Anexo B

      130

      Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

      BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

      1 480671 305098 392885 1241489 316

      10 8255030 8127357 8191194 902784 11

      40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

      60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

      100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

      Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

      Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

      (volts) A meacutedia BaP

      (microgL) Aacuterea

      (volts) A meacutedia BaP

      (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

      (microgL)

      6747887 62519660 120393266

      6660841 62080551 120374984 1

      6521953

      6643560 83

      61340482

      61980231 645

      119429366

      120065872 1203

      9182202 55839580 120416512

      8638414 55769254 121282025 2

      8968918

      8929845 106

      54979771

      55529535 579

      119057903

      120252147 1205

      9247159 58859826 109950365

      9079287 57957932 111662157 3

      9358911

      9228452 109

      57618176

      58145311 606

      110763682

      110792068 1109

      11051272 57242886 118171990

      10407068 56680077 119331291 4

      10686850

      10715063 125

      56121956

      56681640 591

      118803050

      118768777 1190

      9525570 54447416 113571505

      9593865 54639472 114779189 5

      8161718

      9093718 108

      54128748

      54405212 568

      115723488

      114691394 1148

      Anexo B

      131

      Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

      Data Amostra Vamostra (micro l)

      VControlo100

      (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

      Aacuterea meacutedia Obtida

      (amostra+padratildeo)

      Area esperada

      Recuperaccedilatildeo

      14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

      Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

      1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

      2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

      Meacutedia 797

      20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

      Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

      3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

      4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

      Meacutedia 753

      26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

      Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

      5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

      6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

      7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

      8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

      9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

      Meacutedia 799

      Anexo B

      132

      Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

      Data Amostra Vamostra (micro l)

      VControlo100

      (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

      Aacuterea meacutedia Obtida

      (amostra+padratildeo)

      Area esperada

      Recuperaccedilatildeo

      09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

      Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

      10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

      11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

      12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

      13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

      Meacutedia 714

      14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

      14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

      15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

      16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

      Meacutedia 853

      Anexo B

      133

      Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

      Data Amostra Padratildeo BaP microgL

      Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

      Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

      meacutedia

      Area esperada Rec

      21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

      1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

      2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

      3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

      Meacutedia 485

      01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

      4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

      Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

      5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

      Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

      Anexo B

      134

      Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

      X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

      20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

      99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

      384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

      1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

      Meacutedia 422 40014214

      Soma 63968

      Anexo C

      135

      Anexo C

      Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

      Anexo C

      136

      Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

      Dados

      M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

      M (Na2SO3) (gmol) 12602

      M (Fe2+) (gmol) 558

      M H2O2 (gmol) 34

      H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

      Volume reactor (ml) 260

      Dados das variaacuteveis

      Volume de amostra (ml) 100

      Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

      [H2O2] (mgL) 104

      [BaP] (microgL) 10

      Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

      de 104 mgL

      Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

      Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

      m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

      sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

      m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

      Anexo C

      137

      Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

      1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

      m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

      Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

      na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

      Anexo C

      138

      Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

      Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

      Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

      do BaP microgL Correcccedilatildeo de

      volume BaP microgL CC0

      0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

      0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

      1 35

      90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

      2 59

      90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      139

      Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

      Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

      degradaccedilatildeo

      Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

      3 30

      60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

      0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

      0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

      4 40

      90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      140

      Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

      Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

      Concentraccedilatildeo final do BaP

      microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

      5 50

      90 ND ND ND 1000 000 000 000

      0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

      6 70

      90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      141

      Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

      Experiecircncia [Fe2+] mgL

      Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

      [BaP]

      final microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      7 20

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

      8 275

      90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      142

      Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

      Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

      0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

      15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      9 300

      90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

      15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

      10 375

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

      15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      11 500

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      143

      Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

      Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

      [BaP] final microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

      15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      12 50

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

      15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      13 150

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      144

      Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

      Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

      [BaP] final microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

      15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

      14 225

      90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

      15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

      15 375

      90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      145

      Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

      Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

      final microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

      15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

      16 10

      90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

      15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

      17 20

      90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

      Anexo C

      146

      Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

      Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

      final microgL

      Correcccedilatildeo de volume BaP

      microgL CC0

      0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

      15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

      18 60

      90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

      15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

      19 100

      90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

      • Capa
      • Agradecimentos
      • Resumo
      • Abstract
      • Iacutendice geral
      • Iacutendice de tabelas
      • Iacutendice de figuras
      • Abreviaturas
      • 1 Introduccedilatildeo
      • 2 Parte experimental
      • 3 Resultados e discussatildeo
      • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
      • 5 Bibliografia
      • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
      • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
      • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

        ii

        O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL a meacutedia da precisatildeo intermeacutedia variou entre

        35 e 139 e a exactidatildeo obtida pela meacutedia da percentagem de recuperaccedilatildeo foi de 783 Na

        ausecircncia de resultados de ensaios interlaboratoriais procedeu-se agrave comparaccedilatildeo do caacutelculo da

        estimativa da incerteza por dois conceitos (bottom-upEurochem and top-down modificado)

        As experiecircncias de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram realizadas numa instalaccedilatildeo

        constituiacuteda por um reactor de 260 ml e um banho termostatizado Procedeu-se agrave optimizaccedilatildeo

        de quatro variaacuteveis (pH temperatura concentraccedilatildeo de Fe2+ e concentraccedilatildeo de H2O2) Foi

        usada uma concentraccedilatildeo inicial de BaP de 10 microgL

        Os resultados da optimizaccedilatildeo obtidos foram pH 35 temperatura 40 ordmC concentraccedilatildeo de

        ferro 375 mgL e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50 mgL

        Como oxidante quiacutemico o reagente de Fenton mostrou ser um processo eficiente na

        degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP verificou-se que 984 da concentraccedilatildeo inicial do BaP era

        degradado ao fim de 15 minutos de reacccedilatildeo e ao fim de 40 minutos 992

        Os resultados obtidos neste trabalho mostraram que o reagente de Fenton nas condiccedilotildees

        optimizadas pode ser aplicado no tratamento de BaP em matrizes aquosas com bons

        resultados de degradaccedilatildeo Este eacute um processo economicamente viaacutevel de faacutecil implementaccedilatildeo

        e eficiente

        iii

        Abstract

        Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are considered priority pollutants due to their

        toxicity mutagenicity and carcinigenicity by both European Union (EU) and the Agency of

        Environmental Protection (US - EPA) Although only 16 have been selected as organic

        priority pollutants in the which Benzo(a)Pyrene (BaP) occupies the 7th place There for

        Portugal EU and US - EPA have been imposing legal limits for the waste water discharge and

        for their presence in drinking water

        Both natural (such as incomplete high temperature combustions) and antropogenic

        sources (such traffic or energy generation) account for their diffusion in the environment as a

        consequence of atmospheric transport deposition and dispersion in the environment Several

        scientists have been coming to develop processes of removing andor to reduce these

        pollutants in different environmental samples (Air Water and Soil)

        PAHs and BaP removal processes for different environmental samples are described in

        the literature this can include biodegradation adsorption and physical-chemical such as

        advanced oxidation processes (AOP)

        Advanced oxidation processes can be among the most appropriate technologies to

        remove PAHs from water but some aspects related to reactivity mechanism kinetics and

        intermediates formed still remain unknown

        The aim of this work was to evaluated and finding optimum operating condition for the

        degradation of BaP with Fenton reagent (AOP)

        Quantification of BaP was done by High Pressure Liquid chromatography (HPLC) with

        fluorescence detector (FID) by internal standard method using five concentrations level The

        method showed a good linearity between 1 and 100 microgL

        Detection limit of 237 microgL average intermediate precision of 35 and 139 and

        average recovery of 783 were found In the absence of available interlaboratory studies to

        iv

        assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

        approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

        Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

        mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

        constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

        concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

        concentration in aqueous samples was 10 microgL

        The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

        375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

        As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

        BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

        minutes and 992 until 40 minutes of reaction

        The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

        successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

        implementation and efficient

        v

        Iacutendice Geral

        Resumo i

        Abstract iii

        Iacutendice Geral v

        Iacutendice de Tabelas vii

        Iacutendice de Figuras xii

        Abreviaturas xv

        1 Introduccedilatildeo 1

        11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

        111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

        112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

        113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

        114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

        115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

        12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

        121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

        122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

        123 Fotodegradaccedilatildeo 29

        124 Oxidaccedilatildeo 30

        125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

        1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

        126 Processos Combinados 54

        1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

        vi

        13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

        57

        2 Parte Experimental 63

        21 Metodologia 63

        22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

        23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

        3 Resultados e Discussatildeo 74

        31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

        311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

        312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

        313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

        314 Exactidatildeo 82

        315 Incerteza Global 84

        32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

        321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

        322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

        323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

        324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

        325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

        4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

        5 Bibliografia 107

        Anexo A 125

        Anexo B 127

        Anexo C 135

        vii

        Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

        2005)

        4

        Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

        e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

        6

        Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

        Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

        Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

        Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

        (Ravindra et al 2006)

        11

        Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

        2001 (Ravindra et al 2006)

        12

        Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

        Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

        Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

        Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

        Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

        (Mrozik et al 2002)

        22

        Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

        2000)

        23

        Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

        2000)

        25

        viii

        Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

        Cerniglia CE 1997)

        26

        Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

        Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

        tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

        (adaptado de Brown et al 2003)

        31

        Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

        Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

        processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

        37

        Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

        presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

        48

        Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

        resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

        50

        Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

        ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

        50

        Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

        tipos de matrizes

        52

        Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

        agrave degradaccedilatildeo do BaP

        56

        Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

        para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

        58

        Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

        Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

        M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

        67

        ix

        Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

        Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

        HPLCFLD

        68

        Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

        optimizaccedilatildeo do pH

        71

        Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

        optimizaccedilatildeo da temperatura

        71

        Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

        optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

        72

        Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

        optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

        73

        Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

        degradaccedilatildeo do BaP

        73

        Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

        Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

        o BaP

        82

        Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

        Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

        com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

        84

        Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

        micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

        incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

        86

        Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

        Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

        x

        Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

        Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

        Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

        incerteza

        90

        Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

        degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

        100

        Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

        microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

        Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

        de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

        126

        Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

        Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

        Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

        Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

        Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

        Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

        reagente de Fenton em 3 dias diferentes

        133

        Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

        HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

        134

        Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

        Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

        xi

        Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

        Fe2+

        141

        Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

        H2O2

        143

        Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

        condiccedilotildees oacuteptimas

        145

        xii

        Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

        Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

        2001)

        5

        Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

        Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

        (Ravindra et al 2006)

        11

        Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

        Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

        fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

        20

        Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

        persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

        33

        Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

        Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

        Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

        do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

        37

        Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

        com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

        (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        43

        Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

        Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

        de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        44

        xiii

        Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

        tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

        iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

        1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        44

        Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

        Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

        com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

        5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        47

        Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

        nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

        49

        Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

        aquosas

        64

        Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

        Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

        Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

        matrizes aquosas

        66

        Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

        construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

        75

        Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

        oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

        reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

        76

        Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

        Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

        Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

        Confianccedila)

        79

        xiv

        Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

        Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

        a passo e segundo Thompson para o BaP

        92

        Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

        Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

        94

        Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

        95

        Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

        apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

        97

        Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

        apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

        97

        Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

        apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

        99

        Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

        apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

        99

        Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

        concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

        Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

        H2O2=50 mgL

        102

        xv

        Abreviaturas

        Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

        ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

        AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

        BaP Benzo(a)Pireno

        [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

        BbF Benzo(b)fluoranteno

        BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

        CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

        CO2 Dioacutexido de Carbono

        Conc Concentraccedilatildeo

        CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

        CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

        ECD Detector de Captura de electrotildees

        EPA Environmental Protection Agency

        FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

        Fla Fenantreno

        FLD Fluorescecircncia

        GC Cromatografia Gasosa

        GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

        GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

        H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

        HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

        IC Intervalo de Confianccedila

        xvi

        ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

        ICb Intervalo de confianccedila do declive

        IPCS International Programme on Chemical Safety

        K Kelvin

        Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

        LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

        LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

        LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

        LCSS Limite de Controlo Superior Superior

        LD Limite de detecccedilatildeo

        LVI Large volume injection

        MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

        MASE Membrane assisted solvent extraction

        N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

        n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

        ND Natildeo detectado

        NQA Normas de Qualidade Ambiental

        PA Poliacrilato

        PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

        PDMS Polidimetilsiloxano

        PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

        R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

        Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

        Sb Desvio padratildeo associado ao declive

        Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

        xvii

        SBaP Desvio padratildeo do BaP

        SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

        SFE Supercritical Fluid Extraction

        SPE Solid Phase Extraction

        SPME Solid Phase MicroExtraction

        Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

        t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

        Tamb Temperatura ambiente

        TiO2 Oxido de titacircnio

        TOC Carbono Orgacircnico Total

        Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

        u Incerteza absoluta

        U Incerteza relativa

        U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

        U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

        U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

        U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

        US - EPA United States Environmental Protection Agency

        UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

        uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

        xi Concentraccedilatildeo de analito

        X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

        x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

        Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

        xviii

        y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

        yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

        λEm Comprimento de onda de emissatildeo

        λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

        Introduccedilatildeo

        1

        1 Introduccedilatildeo

        Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

        poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

        Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

        constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

        antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

        destes compostos (Lee et al 1981)

        Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

        (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

        identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

        um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

        As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

        1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

        e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

        Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

        particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

        Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

        distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

        (Finlayson-Pitts et al 1997)

        Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

        partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

        canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

        substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

        orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

        Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

        determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

        Introduccedilatildeo

        2

        Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

        seus autores (Costa 2001)

        A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

        ambientais e bioloacutegicas

        Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

        considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

        monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

        Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

        combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

        canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

        especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

        desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

        sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

        Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

        deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

        foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

        et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

        processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

        Fenton (Flotron et al 2005)

        Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

        matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

        posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

        necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

        temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

        optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

        Introduccedilatildeo

        3

        11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

        O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

        conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

        Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

        Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

        Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

        Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

        lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

        Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

        Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

        Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

        Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

        As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

        Composto muito pouco volaacutetil

        Natildeo tem odor

        Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

        Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

        parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

        Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

        Baixas pressotildees de vapor

        Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

        transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

        O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

        assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

        As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

        Introduccedilatildeo

        4

        Baixa solubilidade em aacutegua

        Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

        compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

        absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

        Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

        PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

        a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

        Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

        directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

        solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

        Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

        Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

        Foacutermula Molecular C20H12

        Estrutura Molecular

        CAS Number 50-32-8

        Massa Molecular (gmol) 2523093

        Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

        Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

        Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

        Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

        Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

        Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

        Log Kow (1) 650

        Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

        Introduccedilatildeo

        5

        111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

        Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

        e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

        combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

        maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

        subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

        O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

        atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

        em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

        Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

        O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

        na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

        especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

        Introduccedilatildeo

        6

        Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

        ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

        degradaccedilatildeo natural

        Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

        Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

        Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

        Volatilizaccedilatildeo

        Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

        Biodegradaccedilatildeo

        Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

        Solo Plantas Partiacuteculas

        Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

        Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

        Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

        e de diferentes zonas geograacuteficas

        Introduccedilatildeo

        7

        Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

        Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

        Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

        Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

        Rio Qiantang ND-1010 mgL

        Canal Hangzhou ND-6640 mgL

        Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

        Lago West ND-1022 mgL

        Zhu et al 2004

        Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

        Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

        Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

        Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

        Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

        Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

        Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

        Greacutecia

        Aacuteguas superficiais

        Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

        Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

        1064-11520 pgL

        Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

        500-7136 pgL

        Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

        Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

        Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

        01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

        2-50 ngL

        Dinamarca (Horsholm)

        Aacutegua de consumo humano 004 ngL

        Finlacircndia (Helsinquia)

        Aacutegua de consumo humano 005 ngL

        Dinamarca (Copenhaga )

        Aacutegua de consumo humano 005 ngL

        Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

        Manoli et al 1999

        Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

        Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

        Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

        Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

        Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

        Introduccedilatildeo

        8

        112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

        O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

        devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

        petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

        outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

        Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

        O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

        como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

        (Netto et al 2000)

        As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

        complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

        particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

        carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

        aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

        Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

        Introduccedilatildeo

        9

        Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

        Categoria Referecircncias

        Fontes estacionaacuterias

        Induacutestria de ferro Yang et al 1998

        Fontes moacuteveis

        Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

        Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

        Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

        Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

        Fontes de combustatildeo

        Fontes de combustatildeo Park et al 2002

        Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

        Fontes caseiras

        Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

        Queima de incenso Li e Ro 2000

        Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

        Introduccedilatildeo

        10

        Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

        Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

        Automoacuteveis

        ToyotaHilux 2099 microgKg

        AacutesiaTopic 16315 microgKg

        Mercedes Benz Sprinter F310D ND

        Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

        Abrantes et al 2004

        Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

        queimado

        01 tonano (Alemanha)

        Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

        Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

        IPCS 1998 Ravindra et al 2006

        Cinzas e fuligem de unidades residenciais

        Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

        Lenha de pinheiro 1747 mgKg

        Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

        Turfa 286 mgKg

        Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

        Kakareka et al 2005

        Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

        Emissotildees de combustatildeo

        Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

        Vidoeiro Seco 1096 microgm3

        Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

        Turfa ND

        Kakareka et al 2005

        Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

        legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

        BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

        um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

        a 164 tonano ateacute 2001

        Introduccedilatildeo

        11

        Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

        Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

        (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

        Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

        EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

        ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

        Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

        al 2006)

        Introduccedilatildeo

        12

        Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

        Introduccedilatildeo

        13

        113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

        A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

        tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

        O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

        fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

        e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

        2007)

        Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

        durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

        levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

        Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

        aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

        na pele (Luttrell et al 2007)

        O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

        inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

        provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

        mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

        aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

        114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

        A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

        irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

        vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

        deles ainda desconhecidos

        Introduccedilatildeo

        14

        Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

        associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

        aerossoacuteis atmosfeacutericos

        A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

        importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

        No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

        fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

        processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

        composto (IPCS 1998)

        O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

        em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

        Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

        podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

        humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

        BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

        processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

        Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

        Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

        microgKg Bibliografia

        Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

        Camargo et al 2003

        Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

        Camargo et al 2003

        Introduccedilatildeo

        15

        Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

        (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

        condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

        Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

        risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

        caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

        rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

        com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

        urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

        industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

        aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

        2000)

        A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

        ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

        considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

        durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

        (Netto et al 2000)

        A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

        anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

        normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

        benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

        que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

        sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

        causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

        importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

        ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

        seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

        compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

        com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

        et al 2000)

        Introduccedilatildeo

        16

        A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

        com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

        haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

        concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

        precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

        amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

        meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

        BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

        Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

        No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

        animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

        Introduccedilatildeo

        17

        115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

        Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

        haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

        incluindo ar aacutegua e solos

        Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

        que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

        aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

        de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

        Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

        Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

        de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

        Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

        2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

        Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

        valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

        Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

        mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

        Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

        que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

        nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

        A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

        de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

        Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

        vigor para aacutegua

        Introduccedilatildeo

        18

        Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

        DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

        4 PAHs 010 microgL DL 24301

        Benzo(a)Pireno 001 microgL

        DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

        WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

        A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

        qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

        directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

        Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

        costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

        (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

        efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

        ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

        No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

        ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

        para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

        e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

        Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

        interiores Outras aacuteguas de

        superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

        Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

        PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

        Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

        Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

        Benzo(ghi)perileno 191-24-2

        Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

        Introduccedilatildeo

        19

        12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

        No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

        oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

        pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

        adsorvido

        Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

        de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

        concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

        sedimentos)

        121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

        A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

        envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

        presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

        Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

        Temperatura

        pH

        Substacircncias toacutexicas

        Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

        de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

        microrganismos tolerantes aos poluentes

        Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

        existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

        adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

        envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

        de degradar o BaP

        Introduccedilatildeo

        20

        Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

        (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

        alguns desses microrganismos

        Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

        PAH Microrganismos

        Benzo(a)Pireno

        Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

        NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

        Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

        Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

        A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

        (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

        Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

        mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

        Introduccedilatildeo

        21

        Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

        As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

        molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

        2004)

        A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

        posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

        derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

        catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

        aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

        a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

        meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

        carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

        Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

        aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

        energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

        O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

        este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

        Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

        Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

        Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

        Introduccedilatildeo

        22

        Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

        Composto Bacteacuteria Metabolitos

        Cis-45-BaPdihidrodiol

        Cis-910-BaPdihidrodiol

        Cis-78- BaPdihidrodiol

        45-criseno-dicarboxilico aacutecido

        Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

        Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

        78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

        Benzo(a)Pireno

        Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

        78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

        Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

        culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

        presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

        Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

        com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

        concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

        quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

        uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

        Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

        O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

        Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

        contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

        Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

        Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

        succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

        Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

        foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

        Introduccedilatildeo

        23

        Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

        Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

        remoccedilatildeo

        CO2 produzido

        Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

        Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

        Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

        Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

        Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

        28

        32 dias

        Schneider et al 1996

        Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

        Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

        Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

        Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

        Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

        Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

        Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

        Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

        Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

        Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

        Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

        Introduccedilatildeo

        24

        Degradaccedilatildeo por Fungos

        Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

        capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

        transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

        no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

        Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

        chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

        BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

        1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

        Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

        enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

        Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

        detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

        elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

        Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

        acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

        preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

        dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

        Introduccedilatildeo

        25

        Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

        Fungos Substrato de crescimento

        QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

        remoccedilatildeo

        CO2 produzido

        Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

        Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

        Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

        Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

        Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

        Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

        Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

        Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

        Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

        Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

        Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

        Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

        Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

        Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

        Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

        Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

        Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

        Introduccedilatildeo

        26

        Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

        Composto Referecircncia Metabolitos

        Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

        Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

        Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

        Benzo(a)pyrene-16-quinone

        Benzo(a)pyrene-36-quinone

        Benzo(a)pyrene-612-quinone

        3-Hydroxybenzo(a)pyrene

        9-Hydroxybenzo(a)pyrene

        7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

        7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

        Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

        BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

        Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

        Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

        quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

        White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

        Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

        os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

        1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

        Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

        dihidrodiols

        Introduccedilatildeo

        27

        Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

        Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

        Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

        Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

        Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

        Grande variedade de PAHs

        acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

        --- --- Pickart et al 1999

        Solo

        White rot fungus Bjerkandera sp Strain

        BOS55 Benzo(a)Pireno

        Culturas puras e condiccedilotildees

        laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

        Solo com creosote

        Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

        Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

        VUO10 201

        Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

        Benzo(a)Pireno

        Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

        e fungos ---- Boonchan et al2000

        Introduccedilatildeo

        28

        122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

        poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

        equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

        simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

        mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

        Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

        graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

        extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

        Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

        por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

        baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

        irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

        O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

        superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

        carvatildeo activado satildeo

        Carvatildeo betuminoso

        Ossos

        Casca de coco

        Turfa

        Casca de noz

        Resiacuteduos de petroacuteleo

        Accediluacutecar

        Madeira

        Caroccedilo de azeitona

        Caroccedilo de pecircssego

        Introduccedilatildeo

        29

        A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

        presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

        a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

        quiacutemica da sua superfiacutecie

        A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

        liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

        poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

        Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

        leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

        particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

        atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

        123 Fotodegradaccedilatildeo

        A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

        pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

        processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

        quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

        solar (Ferrarese et al 2007)

        No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

        A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

        em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

        A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

        fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

        E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

        aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

        alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

        cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

        Introduccedilatildeo

        30

        Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

        metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

        Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

        124 Oxidaccedilatildeo

        A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

        hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

        O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

        no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

        compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

        Permanganato

        O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

        Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

        e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

        Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

        sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

        MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

        Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

        podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

        de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

        oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

        carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

        Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

        PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

        Introduccedilatildeo

        31

        Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

        introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

        problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

        na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

        manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

        formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

        Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

        (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

        Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

        permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

        desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

        A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

        Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

        minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

        Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

        para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

        Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

        Introduccedilatildeo

        32

        Persulfato

        O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

        persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

        persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

        Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

        seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

        parte de compostos orgacircnicos

        A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

        iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

        equaccedilatildeo 2

        S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

        bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

        A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

        Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

        efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

        todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

        reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

        instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

        mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

        oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

        Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

        os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

        PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

        de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

        Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

        amostras de solo (Figura 7)

        Introduccedilatildeo

        33

        Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

        (adaptado de Nadim et al 2005)

        125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

        Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

        descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

        Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

        se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

        mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

        Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

        (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

        orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

        por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

        Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

        velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

        TiO2)

        A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

        satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

        Tempo (horas)

        Introduccedilatildeo

        34

        A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

        compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

        intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

        finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

        apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

        O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

        utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

        toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

        dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

        Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

        Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

        Processos com Ozono Processos sem Ozono

        O3 a pH elevado H2O2 + UV

        O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

        O3 + H2O2 Ultra-sons

        O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

        O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

        O3 + TiO2 + H2O2

        O3 + Ultra-sons

        Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

        seguintes vantagens (Yin et al 1999)

        Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

        oxidante aquoso

        Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

        Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

        processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

        Introduccedilatildeo

        35

        O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

        local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

        descarga

        O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

        molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

        tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

        desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

        directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

        Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

        PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

        existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

        Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

        O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

        poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

        com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

        Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

        (Figura 8 e 9)

        Fotoacutelise directa

        Ozonizaccedilatildeo directa

        Oxidaccedilatildeo por radical

        Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

        com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

        Introduccedilatildeo

        36

        Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

        Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

        Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

        poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

        O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

        orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

        luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

        Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

        Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

        nas seguintes conclusotildees

        A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

        degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

        degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

        Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

        Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

        combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

        ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

        Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

        com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

        Introduccedilatildeo

        37

        Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

        Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

        pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

        2 104 443 412 145 27

        4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

        Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

        Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

        aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

        medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

        naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

        contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

        degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

        Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

        CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

        Introduccedilatildeo

        38

        Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

        De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

        em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

        vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

        A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

        destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

        por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

        poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

        Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

        quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

        H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

        A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

        processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

        A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

        apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

        com o H2O2

        Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

        A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

        decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

        H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

        Introduccedilatildeo

        39

        A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

        aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

        de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

        Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

        A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

        decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

        de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

        Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

        UVTiO2

        O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

        proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

        geradas espeacutecies oxidativas

        O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

        processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

        interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

        desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

        baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

        1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

        Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

        Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

        A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

        destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

        Introduccedilatildeo

        40

        de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

        substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

        oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

        aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

        reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

        Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

        distintas

        Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

        Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

        presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

        UV)

        Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

        a um catalisador metaacutelico

        O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

        e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

        (equaccedilatildeo 5)

        Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

        No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

        radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

        Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

        A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

        oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

        Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

        ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

        trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

        apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

        Introduccedilatildeo

        41

        consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

        as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

        Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

        H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

        Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

        minus (Equaccedilatildeo 9)

        Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

        + H+ (Equaccedilatildeo 10)

        Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

        O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

        muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

        mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

        autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

        radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

        RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

        As principais variaacuteveis do processo satildeo

        Quantidade de ferro

        Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

        Razatildeo entre Fe2+H2O2

        Concentraccedilatildeo de substrato

        Temperatura

        pH

        Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

        concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

        maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

        de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

        A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

        temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

        Introduccedilatildeo

        42

        oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

        das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

        Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

        De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

        de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

        excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

        Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

        um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

        que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

        Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

        progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

        concentraccedilatildeo do material orgacircnico

        Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

        Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

        e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

        hidroxilo

        A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

        sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

        razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

        (Equaccedilatildeo 13)

        Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

        degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

        (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

        Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

        Introduccedilatildeo

        43

        Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

        reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

        A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

        iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

        haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

        igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

        hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

        Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

        oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

        remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

        hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

        Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

        M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

        constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

        Introduccedilatildeo

        44

        Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

        reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

        seguido do Fluoreno (Figura 13)

        Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

        durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        Introduccedilatildeo

        45

        A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

        devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

        Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

        tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

        Efeito da temperatura

        A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

        temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

        quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

        tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

        Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

        ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

        Efeito do pH

        As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

        necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

        maximizar a eficiecircncia

        O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

        precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

        aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

        aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

        eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

        efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

        reutilizaccedilatildeo

        Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

        situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

        baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

        Introduccedilatildeo

        46

        Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

        (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

        isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

        Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

        Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

        sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

        pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

        diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

        depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

        atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

        A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

        descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

        peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

        em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

        Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

        de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

        aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

        Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

        de H2O2

        Tempo de reacccedilatildeo (min)

        Introduccedilatildeo

        47

        Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

        Efeito do tempo de reacccedilatildeo

        O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

        razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

        Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

        O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

        a seguinte finalidade

        Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

        Reduccedilatildeo da toxicidade

        Aumento da biodegradabilidade

        Reduccedilatildeo da cor e cheiro

        Remoccedilatildeo da CQOCBO

        Introduccedilatildeo

        48

        Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

        da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

        Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

        poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

        experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

        A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

        Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

        Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

        Experiecircncia Fe2+ (molL)

        H2O2 (molL)

        Fe2+sumPAHs (molmol)

        H2O2Fe2+ (molmol) PAH

        Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

        1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

        2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

        3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

        4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

        5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

        6 1610-4 3210-4

        (adiccedilatildeo em 2 passos

        155 2 Mistura - BaP

        Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

        Introduccedilatildeo

        49

        Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

        condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

        Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

        trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

        foram

        Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

        1510-5 M

        Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

        12

        As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

        pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

        Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

        conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

        Introduccedilatildeo

        50

        Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

        PAH Nordm composto

        Produto encontrado ou identificado

        tempo de retenccedilatildeo

        (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

        1 phthalic anhydrid 14

        2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

        3 acenaphthene 167

        4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

        6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

        10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

        12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

        Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

        verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

        do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

        apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

        estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

        Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

        economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

        em matizes aquosas

        Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

        Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

        PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

        Introduccedilatildeo

        51

        Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

        Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

        dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

        dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

        Introduccedilatildeo

        52

        Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

        Matriz PAH [BaP] T

        (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

        remoccedilatildeo Bibliografia

        Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

        BaP concentrado em etanol

        BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

        Solo BaP+ 17 PAHs 25

        10 ml de FeSO4= 10

        mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

        aneacuteis) Jonsson et al 2007

        Sedimentos BaP+16 PAHs

        1427 mgKg Tamb pH

        sedimento 4 ml de

        FeSO4= 05 M

        40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

        FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

        Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

        Lama

        BaP+2 PAHs 031

        mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

        asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

        Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

        Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

        Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

        Introduccedilatildeo

        53

        Vantagens e desvantagens do meacutetodo

        Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

        sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

        Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

        Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

        tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

        Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

        utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

        O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

        geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

        Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

        convencionais

        Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

        vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

        todas as classes de compostos orgacircnicos

        Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

        coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

        processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

        Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

        Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

        piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

        Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

        decomposto

        Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

        Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

        Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

        insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

        Introduccedilatildeo

        54

        O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

        potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

        redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

        aumento deste potencial

        126 Processos Combinados

        A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

        poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

        tratamento

        A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

        diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

        objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

        Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

        tais como

        Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

        Aumento da biodegradaccedilatildeo

        Custos

        Produccedilatildeo de resiacuteduos

        1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

        Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

        satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

        microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

        vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

        contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

        residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

        numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

        Introduccedilatildeo

        55

        Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

        lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

        A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

        mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

        conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

        A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

        entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

        o poacutes-tratamento

        A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

        A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

        mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

        Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

        funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

        oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

        propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

        BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

        Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

        Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

        2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

        em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

        tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

        552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

        Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

        processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

        Introduccedilatildeo

        56

        Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

        Carvatildeo activado Zhou et al 2005

        Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

        Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

        Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

        Persulfato Nadim et al 2005

        Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

        Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

        Custos elevados Difiacutecil manuseamento

        UVO3 Ledakowicz et al 2001

        Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

        UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

        Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

        O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

        UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

        Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

        AOPs

        Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

        Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

        Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

        Introduccedilatildeo

        57

        13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

        Soluccedilotildees Aquosas

        Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

        recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

        Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

        matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

        Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

        com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

        extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

        Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

        devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

        A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

        compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

        que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

        poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

        A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

        arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

        afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

        que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

        separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

        representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

        Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

        Introduccedilatildeo

        58

        Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

        Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

        arrasteFase moacutevel

        Fase moacutevel

        Caudal mlmin PAH

        BaP λ Exc (nm)

        BaP λ Em (nm)

        Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

        Tempo de retenccedilatildeo

        BaP (min) LD Bibliografia

        GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

        HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

        Hwang et al 2006

        GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

        GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

        HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

        Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

        microgL USEPA 550

        GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

        microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

        10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

        GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

        microgml Anyakora et al 2005

        HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

        14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

        LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

        mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

        ngL Rodil et al 2007

        HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

        ngL Zhu et al 2004

        HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

        ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

        HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

        Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

        monocloroacetato de soacutedio

        10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

        microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

        HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

        BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

        BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

        Introduccedilatildeo

        59

        Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

        Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

        arrasteFase moacutevel

        Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

        BaP λ Exc (nm)

        BaP λ Em (nm)

        Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

        Tempo de retenccedilatildeo

        BaP (min) LD Bibliografia

        HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

        BaP + 14 PAHs

        290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

        Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

        microgL Algarra et al 2005

        GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

        Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

        BaP + 15 PAHs

        BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

        microgml Anyakora et al 2006

        GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

        Aacutegua

        A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

        Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

        01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

        BaP=044 ngml Doong et al 2000

        GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

        Aacutegua

        30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

        Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

        5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

        BaP=024 ngml Doong et al 2000

        GCMS SBSE Matriz aquosa

        HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

        10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

        Kolahgar et al 2002

        GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

        DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

        Heacutelio 10 mlmin

        BaP + 26 PAHs

        0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

        ngL

        Fernandez-Gonzalez et al 2007

        GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

        BaP + 15 PAHs

        BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

        microgL Wei et al 2007

        LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

        52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

        Introduccedilatildeo

        60

        Cromatografia Gasosa

        O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

        concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

        niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

        compostos vestiacutegiais

        Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

        satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

        A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

        (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

        Espectrometria de Massa)

        A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

        da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

        coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

        substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

        detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

        feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

        A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

        dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

        permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

        principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

        (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

        compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

        estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

        Introduccedilatildeo

        61

        Cromatografia Liacutequida

        A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

        princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

        2003)

        Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

        envolvidos

        Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

        pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

        bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

        cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

        dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

        de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

        ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

        (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

        devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

        os solutos

        Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

        vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

        (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

        suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

        saindo da coluna separados uns dos outros

        Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

        colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

        liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

        Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

        diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

        utiliza

        Introduccedilatildeo

        62

        Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

        da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

        usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

        constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

        compatiacutevel para uma larga gama de solventes

        Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

        sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

        anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

        Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

        siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

        Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

        representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

        injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

        Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

        soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

        no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

        perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

        submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

        dissolvidos com heacutelio

        A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

        variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

        possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

        Parte Experimental

        63

        2 Parte Experimental

        21 Metodologia

        A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

        consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

        apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

        degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

        deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

        22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

        Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

        do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

        da metodologia usada

        221 Reagentes

        No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

        Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

        com grau de pureza de 999

        Etanol Absoluto (Panreac)

        Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

        Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

        HPLC

        Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

        Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

        apresentados na Tabela 26

        Parte Experimental

        64

        Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

        Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

        Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

        Etanol Absoluto Panreac

        Sulfito de Soacutedio Merck

        Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

        Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

        Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

        222 Equipamento

        Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

        A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

        com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

        apresentado na Figura 17

        Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

        Parte Experimental

        65

        Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

        cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

        Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

        A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

        os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

        cada 500 mL antes do arranque do equipamento

        A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

        software EZChrom Elite

        Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

        A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

        camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

        magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

        Legenda 1 ndash Reactor de camisa

        2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

        3 ndash Agitador magneacutetico

        4 ndash Barra magneacutetica

        5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

        6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

        Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

        Parte Experimental

        66

        Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

        aquosas

        223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

        A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

        constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

        500 mL

        224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

        Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

        Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

        mL

        Parte Experimental

        67

        Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

        Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

        soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

        Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

        Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

        Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

        Volume Total do padratildeo (ml)

        1 1 10 100 2 10 10 10

        3 40 40 10 4 60 60 10

        5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

        As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

        soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

        Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

        1 hora

        Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

        (micro l)

        Volume Total do padratildeo (ml)

        10 100 100 20 200 100

        60 600 100 100 1000 100

        Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

        volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

        exemplo de caacutelculo

        Parte Experimental

        68

        225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

        As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

        Tabela 29

        Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

        Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

        Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

        λem 405 nm

        Volume de injecccedilatildeo 50 microl

        Tempo anaacutelise 15 minutos

        226 Quantificaccedilatildeo

        O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

        calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

        controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

        Parte Experimental

        69

        23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

        Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

        quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

        A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

        fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

        variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

        relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

        231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

        Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

        oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

        Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

        Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

        do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

        Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

        mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

        De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

        40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

        regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

        padratildeo para anaacutelise

        Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

        soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

        Parte Experimental

        70

        De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

        de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

        mL para anaacutelise

        A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

        inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

        foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

        Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

        foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

        hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

        e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

        concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

        segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

        bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

        corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

        por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

        recolhidas

        Optimizaccedilatildeo do pH

        Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

        fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

        bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

        Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

        para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

        Parte Experimental

        71

        Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

        Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

        Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

        temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

        com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

        realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

        Fenton

        Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

        optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

        Parte Experimental

        72

        Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

        Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

        concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

        aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

        apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

        Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

        Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

        Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

        Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

        hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

        Parte Experimental

        73

        Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

        Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

        Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

        optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

        apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

        oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

        Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

        Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

        Resultados e Discussatildeo

        74

        3 Resultados e Discussatildeo

        No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

        vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

        BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

        BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

        31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

        A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

        estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

        isto eacute serve para o fim a que se destina

        Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

        Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

        Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

        Estimar a incerteza global associada ao resultado

        Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

        discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

        uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

        Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

        (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

        poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

        Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

        resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

        (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

        e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

        Resultados e Discussatildeo

        75

        Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

        efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

        robustez

        Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

        fiabilidade

        311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

        A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

        tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

        concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

        interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

        Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

        construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

        A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

        aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

        verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

        apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

        subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

        gama de comprimentos de onda utilizados

        BaP

        Resultados e Discussatildeo

        76

        Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

        constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

        por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

        para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

        Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

        apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

        degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

        10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

        Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

        Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

        dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

        controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

        Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

        Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

        Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

        Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

        BaP

        BaP

        Resultados e Discussatildeo

        77

        Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

        Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

        Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

        Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

        Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

        fluorescecircncia varia bastante no tempo

        Resultados e Discussatildeo

        78

        As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

        distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

        permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

        reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

        apenas a precisatildeo

        Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

        situaccedilotildees (ISO 82581993)

        Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

        Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

        Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

        Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

        Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

        proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

        Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

        do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

        encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

        No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

        valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

        controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

        recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

        (excluindo os fora de controlo)

        Resultados e Discussatildeo

        79

        312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

        Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

        gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

        quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

        Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

        obtidos segundo o modelo do tipo

        y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

        Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

        declive e a a ordenada na origem

        Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

        linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

        Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

        Resultados e Discussatildeo

        80

        Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

        Declive (microgL V) b=

        985139

        Ordenada na origem (V) a= -1558656

        Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

        09993

        Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

        Desvio padratildeo associado a a Sa=

        779502

        Desvio padratildeo associado a b Sb=

        14091

        Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

        Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

        Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

        Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

        Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

        Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

        Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

        laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

        adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

        O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

        o declive) for inferior a 5

        A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

        O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

        Resultados e Discussatildeo

        81

        Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

        bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

        que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

        do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

        Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

        bibliografia

        O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

        a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

        incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

        as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

        superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

        dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

        deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

        assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

        forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

        termos de concentraccedilatildeo

        313 Precisatildeo do Meacutetodo

        A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

        independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

        condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

        Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

        refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

        utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

        A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

        entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

        (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

        valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

        Resultados e Discussatildeo

        82

        Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

        Concentraccedilotildees medidas microgL

        Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

        microgL

        Dia 1 83 645 1203

        Dia 2 106 579 1205

        Dia 3 109 606 1109

        Dia 4 125 591 1190

        Dia 5 108 568 1148

        Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

        Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

        CV = S x () 139 50 35

        Erro relativo 64 03 171

        O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

        50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

        erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

        acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

        maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

        demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

        314 Exactidatildeo

        A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

        Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

        na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

        anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

        2006)

        Resultados e Discussatildeo

        83

        Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

        amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

        contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

        Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

        Tabela B5 do Anexo B

        Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

        Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

        1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

        Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

        A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

        do padratildeo adicionado

        A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

        Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

        degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

        de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

        obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

        Resultados e Discussatildeo

        84

        Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

        Amostras contaminadas

        Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

        1 485 485

        2 376 376

        3 458 458

        Meacutedia 440 440

        Desvio padratildeo 57 57

        Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

        degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

        44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

        interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

        315 Incerteza Global

        A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

        fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

        foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

        A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

        combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

        de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

        erro que mais contribuem

        Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

        incerteza global

        Resultados e Discussatildeo

        85

        Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

        Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

        Incerteza associada agrave precisatildeo U3

        Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

        A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

        expressatildeo

        (Equaccedilatildeo 15)

        Em que U representa a incerteza global em

        3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

        Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

        (Equaccedilatildeo 16)

        Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

        preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

        Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

        A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

        balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

        Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

        confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

        (EurachemCITAC Guide 2000)

        (Equaccedilatildeo 17)

        Resultados e Discussatildeo

        86

        Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

        As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

        fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

        obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

        Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

        micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

        Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

        Balotildees Volumeacutetricos

        Incerteza (u) 0010 0024 0041

        Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

        Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

        Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

        Soluccedilatildeo matildee M1

        Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

        incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

        da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

        =00098 (Equaccedilatildeo 18)

        Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

        As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

        Tabela 40

        Resultados e Discussatildeo

        87

        A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

        calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

        da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

        (Equaccedilatildeo 19)

        Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

        Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

        matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

        Concentraccedilatildeo BaP microgL

        Concentraccedilatildeo mgL

        Incerteza U

        Volume (mL)

        Incerteza micropipeta

        U Volume

        (mL)

        Incerteza absoluta u (mL)

        U1 padrotildees

        1 10 100E-02 100 0100 140

        10 10 100E-02 10 0025 142

        40 40 930E-03 10 0025 137

        60 60 890E-03 10 0025 134

        100

        10 00098

        100 800E-03 10 0025 129

        3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

        Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

        pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

        (Equaccedilatildeo 20)

        Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

        calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

        do Anexo B

        (Equaccedilatildeo 21)

        Resultados e Discussatildeo

        88

        Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

        padratildeo neste caso n=2

        Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

        3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

        A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

        aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

        apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

        A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

        (Equaccedilatildeo 22)

        (Equaccedilatildeo 23)

        Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

        nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

        efectuados

        Resultados e Discussatildeo

        89

        Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

        Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

        n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

        Incerteza relativa (U3) 623 223 159

        3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

        A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

        realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

        (Equaccedilatildeo 24)

        Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

        nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

        Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

        Rmax 853 Rmin 714

        Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

        U4 008

        Resultados e Discussatildeo

        90

        3145 Incerteza Global Uglobal

        A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

        Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

        segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

        Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

        Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

        100 140 5676 1625 008 591

        1000 142 1074 630 008 125

        4000 137 250 284 008 40

        6000 134 164 217 008 30

        10000 129 126 161 008 24

        A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

        BaP na Figura 26

        Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

        Resultados e Discussatildeo

        91

        A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

        altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

        A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

        primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

        trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

        grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

        em estudos de degradaccedilatildeo

        Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

        incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

        ordem de grandeza

        A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

        prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

        (Equaccedilatildeo 26)

        Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

        Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

        matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

        imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

        No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

        propondo o seguinte

        Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

        corresponde a 120 microgKg)

        Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

        Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

        corresponde a 138 gKg)

        Resultados e Discussatildeo

        92

        As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

        expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

        concentraccedilotildees usadas

        Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

        Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

        segundo Thompson (2000) para o BaP

        Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

        segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

        da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

        Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

        vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

        incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

        caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

        seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

        para o aumento da incerteza global

        Resultados e Discussatildeo

        93

        Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

        incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

        Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

        32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

        De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

        degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

        concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

        Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

        degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

        baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

        que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

        Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

        do BaP de 10 microgL

        Resultados e Discussatildeo

        94

        321 Optimizaccedilatildeo do pH

        As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

        oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

        grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

        para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

        oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

        perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

        Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

        referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

        resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

        Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

        Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

        melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

        demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

        este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

        Resultados e Discussatildeo

        95

        322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

        Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

        temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

        eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

        e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

        A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

        (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

        diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

        31

        Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

        Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

        reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

        as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

        mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

        que os restantes ensaios

        Resultados e Discussatildeo

        96

        As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

        como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

        de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

        a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

        qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

        15 minutos de reacccedilatildeo

        323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

        O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

        aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

        baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

        realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

        concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

        de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

        pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

        realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

        ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

        degradaccedilatildeo

        Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

        de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

        apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

        experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

        de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

        Resultados e Discussatildeo

        97

        Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

        Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

        Resultados e Discussatildeo

        98

        Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

        as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

        eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

        escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

        resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

        se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

        como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

        ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

        324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

        O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

        peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

        Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

        Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

        concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

        estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

        degradaccedilatildeo obtidos

        Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

        escala)

        Resultados e Discussatildeo

        99

        Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

        Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

        Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

        Resultados e Discussatildeo

        100

        Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

        mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

        e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

        uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

        50 mgL

        Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

        5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

        Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

        flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

        caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

        Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

        Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

        de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

        Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

        pH 35

        Temperatura ordmC 40

        Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

        Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

        [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

        [H2O2][Fe2+] (massa) 133

        Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

        M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

        [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

        trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

        Resultados e Discussatildeo

        101

        Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

        bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

        degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

        nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

        Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

        [BaP] microgL

        Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

        final microgL Correcccedilatildeo de

        volume BaP microgL CC0

        0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

        15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

        10

        90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

        foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

        que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

        algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

        Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

        de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

        satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

        melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

        concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

        325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

        Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

        10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

        elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

        Resultados e Discussatildeo

        102

        Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

        de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

        Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

        concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

        Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

        aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

        uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

        diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

        em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

        Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

        (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

        caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

        necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

        molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

        Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

        estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

        Resultados e Discussatildeo

        103

        facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

        concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

        o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

        Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

        reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

        os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

        nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

        baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

        de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

        a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

        tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

        do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

        aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

        A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

        causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

        bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

        Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

        mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

        satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

        satildeo de degradar

        Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

        104

        4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

        O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

        poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

        o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

        estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

        Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

        obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

        literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

        A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

        concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

        106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

        meacutedia de 1171 microgL

        Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

        por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

        foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

        Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

        valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

        consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

        1 microgL)

        Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

        oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

        BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

        usadas satildeo miacutenimas

        Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

        105

        Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

        hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

        aumentavam

        Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

        de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

        [H2O2]=50 mgL

        Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

        Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

        pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

        limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

        reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

        que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

        realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

        encontradas no ambiente em amostras aquosas

        Sugestotildees Futuras

        Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

        complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

        recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

        na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

        (The statistical Discovery Software)

        Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

        exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

        completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

        tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

        Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

        106

        Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

        com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

        reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

        degradaccedilatildeo

        No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

        econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

        provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

        Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

        PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

        possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

        mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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        Anexo A

        125

        Anexo A

        Efeitos do Benzo(a)Pireno

        Anexo A

        126

        Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

        Newborne Mouse Intraperitonial 3 dias +pulmotildees Levin et al 1984

        Hamster Intratraquial 30 semanas - Sellakumar and Shubik 1974

        Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

        Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

        Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

        Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

        Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

        Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

        Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

        Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

        Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

        Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

        Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

        Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

        Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

        Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

        Anexo B

        127

        Anexo B

        Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

        Anexo B

        128

        Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

        de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

        Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

        Aacuterea (Volt)

        Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

        1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

        2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

        3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

        4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

        5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

        6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

        7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

        8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

        9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

        10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

        11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

        12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

        13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

        14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

        15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

        16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

        17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

        18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

        Anexo B

        129

        Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

        Aacuterea (Volts)

        Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

        1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

        2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

        3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

        4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

        5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

        6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

        7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

        8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

        9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

        10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

        11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

        12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

        13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

        14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

        15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

        16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

        17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

        Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

        para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

        caacutelculo de incertezas

        Anexo B

        130

        Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

        BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

        1 480671 305098 392885 1241489 316

        10 8255030 8127357 8191194 902784 11

        40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

        60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

        100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

        Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

        Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

        (volts) A meacutedia BaP

        (microgL) Aacuterea

        (volts) A meacutedia BaP

        (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

        (microgL)

        6747887 62519660 120393266

        6660841 62080551 120374984 1

        6521953

        6643560 83

        61340482

        61980231 645

        119429366

        120065872 1203

        9182202 55839580 120416512

        8638414 55769254 121282025 2

        8968918

        8929845 106

        54979771

        55529535 579

        119057903

        120252147 1205

        9247159 58859826 109950365

        9079287 57957932 111662157 3

        9358911

        9228452 109

        57618176

        58145311 606

        110763682

        110792068 1109

        11051272 57242886 118171990

        10407068 56680077 119331291 4

        10686850

        10715063 125

        56121956

        56681640 591

        118803050

        118768777 1190

        9525570 54447416 113571505

        9593865 54639472 114779189 5

        8161718

        9093718 108

        54128748

        54405212 568

        115723488

        114691394 1148

        Anexo B

        131

        Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

        Data Amostra Vamostra (micro l)

        VControlo100

        (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

        Aacuterea meacutedia Obtida

        (amostra+padratildeo)

        Area esperada

        Recuperaccedilatildeo

        14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

        Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

        1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

        2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

        Meacutedia 797

        20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

        Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

        3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

        4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

        Meacutedia 753

        26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

        Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

        5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

        6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

        7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

        8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

        9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

        Meacutedia 799

        Anexo B

        132

        Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

        Data Amostra Vamostra (micro l)

        VControlo100

        (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

        Aacuterea meacutedia Obtida

        (amostra+padratildeo)

        Area esperada

        Recuperaccedilatildeo

        09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

        Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

        10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

        11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

        12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

        13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

        Meacutedia 714

        14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

        14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

        15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

        16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

        Meacutedia 853

        Anexo B

        133

        Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

        Data Amostra Padratildeo BaP microgL

        Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

        Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

        meacutedia

        Area esperada Rec

        21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

        1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

        2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

        3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

        Meacutedia 485

        01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

        4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

        Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

        5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

        Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

        Anexo B

        134

        Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

        X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

        20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

        99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

        384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

        1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

        Meacutedia 422 40014214

        Soma 63968

        Anexo C

        135

        Anexo C

        Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

        Anexo C

        136

        Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

        Dados

        M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

        M (Na2SO3) (gmol) 12602

        M (Fe2+) (gmol) 558

        M H2O2 (gmol) 34

        H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

        Volume reactor (ml) 260

        Dados das variaacuteveis

        Volume de amostra (ml) 100

        Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

        [H2O2] (mgL) 104

        [BaP] (microgL) 10

        Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

        de 104 mgL

        Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

        Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

        m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

        sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

        m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

        Anexo C

        137

        Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

        1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

        m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

        Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

        na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

        Anexo C

        138

        Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

        Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

        Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

        do BaP microgL Correcccedilatildeo de

        volume BaP microgL CC0

        0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

        0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

        1 35

        90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

        2 59

        90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        139

        Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

        Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

        degradaccedilatildeo

        Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

        3 30

        60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

        0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

        0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

        4 40

        90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        140

        Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

        Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

        Concentraccedilatildeo final do BaP

        microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

        5 50

        90 ND ND ND 1000 000 000 000

        0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

        6 70

        90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        141

        Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

        Experiecircncia [Fe2+] mgL

        Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

        [BaP]

        final microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        7 20

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

        8 275

        90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        142

        Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

        Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

        0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

        15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        9 300

        90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

        15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

        10 375

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

        15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        11 500

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        143

        Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

        Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

        [BaP] final microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

        15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        12 50

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

        15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        13 150

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        144

        Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

        Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

        [BaP] final microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

        15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

        14 225

        90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

        15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

        15 375

        90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        145

        Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

        Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

        final microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

        15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

        16 10

        90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

        15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

        17 20

        90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

        Anexo C

        146

        Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

        Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

        final microgL

        Correcccedilatildeo de volume BaP

        microgL CC0

        0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

        15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

        18 60

        90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

        15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

        19 100

        90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

        • Capa
        • Agradecimentos
        • Resumo
        • Abstract
        • Iacutendice geral
        • Iacutendice de tabelas
        • Iacutendice de figuras
        • Abreviaturas
        • 1 Introduccedilatildeo
        • 2 Parte experimental
        • 3 Resultados e discussatildeo
        • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
        • 5 Bibliografia
        • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
        • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
        • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

          iii

          Abstract

          Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are considered priority pollutants due to their

          toxicity mutagenicity and carcinigenicity by both European Union (EU) and the Agency of

          Environmental Protection (US - EPA) Although only 16 have been selected as organic

          priority pollutants in the which Benzo(a)Pyrene (BaP) occupies the 7th place There for

          Portugal EU and US - EPA have been imposing legal limits for the waste water discharge and

          for their presence in drinking water

          Both natural (such as incomplete high temperature combustions) and antropogenic

          sources (such traffic or energy generation) account for their diffusion in the environment as a

          consequence of atmospheric transport deposition and dispersion in the environment Several

          scientists have been coming to develop processes of removing andor to reduce these

          pollutants in different environmental samples (Air Water and Soil)

          PAHs and BaP removal processes for different environmental samples are described in

          the literature this can include biodegradation adsorption and physical-chemical such as

          advanced oxidation processes (AOP)

          Advanced oxidation processes can be among the most appropriate technologies to

          remove PAHs from water but some aspects related to reactivity mechanism kinetics and

          intermediates formed still remain unknown

          The aim of this work was to evaluated and finding optimum operating condition for the

          degradation of BaP with Fenton reagent (AOP)

          Quantification of BaP was done by High Pressure Liquid chromatography (HPLC) with

          fluorescence detector (FID) by internal standard method using five concentrations level The

          method showed a good linearity between 1 and 100 microgL

          Detection limit of 237 microgL average intermediate precision of 35 and 139 and

          average recovery of 783 were found In the absence of available interlaboratory studies to

          iv

          assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

          approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

          Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

          mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

          constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

          concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

          concentration in aqueous samples was 10 microgL

          The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

          375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

          As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

          BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

          minutes and 992 until 40 minutes of reaction

          The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

          successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

          implementation and efficient

          v

          Iacutendice Geral

          Resumo i

          Abstract iii

          Iacutendice Geral v

          Iacutendice de Tabelas vii

          Iacutendice de Figuras xii

          Abreviaturas xv

          1 Introduccedilatildeo 1

          11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

          111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

          112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

          113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

          114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

          115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

          12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

          121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

          122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

          123 Fotodegradaccedilatildeo 29

          124 Oxidaccedilatildeo 30

          125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

          1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

          126 Processos Combinados 54

          1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

          vi

          13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

          57

          2 Parte Experimental 63

          21 Metodologia 63

          22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

          23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

          3 Resultados e Discussatildeo 74

          31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

          311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

          312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

          313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

          314 Exactidatildeo 82

          315 Incerteza Global 84

          32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

          321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

          322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

          323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

          324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

          325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

          4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

          5 Bibliografia 107

          Anexo A 125

          Anexo B 127

          Anexo C 135

          vii

          Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

          2005)

          4

          Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

          e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

          6

          Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

          Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

          Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

          Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

          (Ravindra et al 2006)

          11

          Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

          2001 (Ravindra et al 2006)

          12

          Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

          Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

          Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

          Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

          Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

          (Mrozik et al 2002)

          22

          Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

          2000)

          23

          Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

          2000)

          25

          viii

          Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

          Cerniglia CE 1997)

          26

          Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

          Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

          tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

          (adaptado de Brown et al 2003)

          31

          Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

          Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

          processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

          37

          Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

          presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

          48

          Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

          resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

          50

          Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

          ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

          50

          Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

          tipos de matrizes

          52

          Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

          agrave degradaccedilatildeo do BaP

          56

          Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

          para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

          58

          Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

          Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

          M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

          67

          ix

          Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

          Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

          HPLCFLD

          68

          Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

          optimizaccedilatildeo do pH

          71

          Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

          optimizaccedilatildeo da temperatura

          71

          Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

          optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

          72

          Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

          optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

          73

          Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

          degradaccedilatildeo do BaP

          73

          Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

          Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

          o BaP

          82

          Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

          Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

          com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

          84

          Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

          micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

          incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

          86

          Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

          Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

          x

          Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

          Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

          Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

          incerteza

          90

          Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

          degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

          100

          Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

          microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

          Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

          de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

          126

          Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

          Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

          Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

          Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

          Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

          Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

          reagente de Fenton em 3 dias diferentes

          133

          Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

          HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

          134

          Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

          Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

          xi

          Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

          Fe2+

          141

          Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

          H2O2

          143

          Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

          condiccedilotildees oacuteptimas

          145

          xii

          Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

          Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

          2001)

          5

          Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

          Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

          (Ravindra et al 2006)

          11

          Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

          Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

          fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

          20

          Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

          persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

          33

          Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

          Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

          Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

          do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

          37

          Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

          com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

          (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          43

          Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

          Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

          de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          44

          xiii

          Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

          tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

          iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

          1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          44

          Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

          Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

          com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

          5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          47

          Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

          nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

          49

          Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

          aquosas

          64

          Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

          Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

          Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

          matrizes aquosas

          66

          Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

          construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

          75

          Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

          oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

          reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

          76

          Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

          Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

          Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

          Confianccedila)

          79

          xiv

          Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

          Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

          a passo e segundo Thompson para o BaP

          92

          Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

          Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

          94

          Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

          95

          Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

          apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

          97

          Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

          apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

          97

          Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

          apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

          99

          Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

          apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

          99

          Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

          concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

          Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

          H2O2=50 mgL

          102

          xv

          Abreviaturas

          Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

          ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

          AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

          BaP Benzo(a)Pireno

          [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

          BbF Benzo(b)fluoranteno

          BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

          CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

          CO2 Dioacutexido de Carbono

          Conc Concentraccedilatildeo

          CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

          CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

          ECD Detector de Captura de electrotildees

          EPA Environmental Protection Agency

          FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

          Fla Fenantreno

          FLD Fluorescecircncia

          GC Cromatografia Gasosa

          GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

          GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

          H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

          HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

          IC Intervalo de Confianccedila

          xvi

          ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

          ICb Intervalo de confianccedila do declive

          IPCS International Programme on Chemical Safety

          K Kelvin

          Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

          LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

          LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

          LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

          LCSS Limite de Controlo Superior Superior

          LD Limite de detecccedilatildeo

          LVI Large volume injection

          MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

          MASE Membrane assisted solvent extraction

          N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

          n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

          ND Natildeo detectado

          NQA Normas de Qualidade Ambiental

          PA Poliacrilato

          PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

          PDMS Polidimetilsiloxano

          PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

          R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

          Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

          Sb Desvio padratildeo associado ao declive

          Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

          xvii

          SBaP Desvio padratildeo do BaP

          SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

          SFE Supercritical Fluid Extraction

          SPE Solid Phase Extraction

          SPME Solid Phase MicroExtraction

          Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

          t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

          Tamb Temperatura ambiente

          TiO2 Oxido de titacircnio

          TOC Carbono Orgacircnico Total

          Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

          u Incerteza absoluta

          U Incerteza relativa

          U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

          U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

          U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

          U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

          US - EPA United States Environmental Protection Agency

          UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

          uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

          xi Concentraccedilatildeo de analito

          X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

          x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

          Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

          xviii

          y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

          yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

          λEm Comprimento de onda de emissatildeo

          λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

          Introduccedilatildeo

          1

          1 Introduccedilatildeo

          Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

          poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

          Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

          constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

          antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

          destes compostos (Lee et al 1981)

          Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

          (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

          identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

          um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

          As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

          1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

          e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

          Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

          particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

          Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

          distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

          (Finlayson-Pitts et al 1997)

          Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

          partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

          canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

          substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

          orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

          Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

          determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

          Introduccedilatildeo

          2

          Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

          seus autores (Costa 2001)

          A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

          ambientais e bioloacutegicas

          Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

          considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

          monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

          Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

          combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

          canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

          especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

          desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

          sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

          Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

          deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

          foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

          et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

          processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

          Fenton (Flotron et al 2005)

          Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

          matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

          posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

          necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

          temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

          optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

          Introduccedilatildeo

          3

          11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

          O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

          conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

          Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

          Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

          Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

          Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

          lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

          Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

          Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

          Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

          Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

          As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

          Composto muito pouco volaacutetil

          Natildeo tem odor

          Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

          Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

          parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

          Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

          Baixas pressotildees de vapor

          Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

          transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

          O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

          assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

          As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

          Introduccedilatildeo

          4

          Baixa solubilidade em aacutegua

          Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

          compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

          absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

          Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

          PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

          a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

          Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

          directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

          solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

          Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

          Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

          Foacutermula Molecular C20H12

          Estrutura Molecular

          CAS Number 50-32-8

          Massa Molecular (gmol) 2523093

          Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

          Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

          Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

          Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

          Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

          Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

          Log Kow (1) 650

          Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

          Introduccedilatildeo

          5

          111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

          Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

          e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

          combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

          maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

          subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

          O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

          atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

          em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

          Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

          O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

          na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

          especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

          Introduccedilatildeo

          6

          Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

          ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

          degradaccedilatildeo natural

          Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

          Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

          Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

          Volatilizaccedilatildeo

          Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

          Biodegradaccedilatildeo

          Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

          Solo Plantas Partiacuteculas

          Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

          Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

          Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

          e de diferentes zonas geograacuteficas

          Introduccedilatildeo

          7

          Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

          Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

          Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

          Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

          Rio Qiantang ND-1010 mgL

          Canal Hangzhou ND-6640 mgL

          Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

          Lago West ND-1022 mgL

          Zhu et al 2004

          Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

          Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

          Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

          Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

          Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

          Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

          Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

          Greacutecia

          Aacuteguas superficiais

          Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

          Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

          1064-11520 pgL

          Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

          500-7136 pgL

          Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

          Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

          Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

          01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

          2-50 ngL

          Dinamarca (Horsholm)

          Aacutegua de consumo humano 004 ngL

          Finlacircndia (Helsinquia)

          Aacutegua de consumo humano 005 ngL

          Dinamarca (Copenhaga )

          Aacutegua de consumo humano 005 ngL

          Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

          Manoli et al 1999

          Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

          Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

          Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

          Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

          Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

          Introduccedilatildeo

          8

          112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

          O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

          devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

          petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

          outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

          Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

          O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

          como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

          (Netto et al 2000)

          As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

          complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

          particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

          carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

          aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

          Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

          Introduccedilatildeo

          9

          Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

          Categoria Referecircncias

          Fontes estacionaacuterias

          Induacutestria de ferro Yang et al 1998

          Fontes moacuteveis

          Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

          Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

          Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

          Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

          Fontes de combustatildeo

          Fontes de combustatildeo Park et al 2002

          Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

          Fontes caseiras

          Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

          Queima de incenso Li e Ro 2000

          Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

          Introduccedilatildeo

          10

          Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

          Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

          Automoacuteveis

          ToyotaHilux 2099 microgKg

          AacutesiaTopic 16315 microgKg

          Mercedes Benz Sprinter F310D ND

          Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

          Abrantes et al 2004

          Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

          queimado

          01 tonano (Alemanha)

          Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

          Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

          IPCS 1998 Ravindra et al 2006

          Cinzas e fuligem de unidades residenciais

          Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

          Lenha de pinheiro 1747 mgKg

          Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

          Turfa 286 mgKg

          Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

          Kakareka et al 2005

          Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

          Emissotildees de combustatildeo

          Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

          Vidoeiro Seco 1096 microgm3

          Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

          Turfa ND

          Kakareka et al 2005

          Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

          legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

          BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

          um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

          a 164 tonano ateacute 2001

          Introduccedilatildeo

          11

          Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

          Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

          (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

          Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

          EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

          ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

          Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

          al 2006)

          Introduccedilatildeo

          12

          Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

          Introduccedilatildeo

          13

          113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

          A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

          tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

          O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

          fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

          e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

          2007)

          Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

          durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

          levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

          Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

          aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

          na pele (Luttrell et al 2007)

          O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

          inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

          provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

          mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

          aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

          114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

          A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

          irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

          vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

          deles ainda desconhecidos

          Introduccedilatildeo

          14

          Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

          associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

          aerossoacuteis atmosfeacutericos

          A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

          importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

          No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

          fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

          processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

          composto (IPCS 1998)

          O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

          em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

          Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

          podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

          humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

          BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

          processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

          Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

          Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

          microgKg Bibliografia

          Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

          Camargo et al 2003

          Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

          Camargo et al 2003

          Introduccedilatildeo

          15

          Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

          (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

          condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

          Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

          risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

          caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

          rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

          com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

          urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

          industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

          aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

          2000)

          A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

          ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

          considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

          durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

          (Netto et al 2000)

          A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

          anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

          normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

          benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

          que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

          sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

          causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

          importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

          ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

          seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

          compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

          com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

          et al 2000)

          Introduccedilatildeo

          16

          A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

          com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

          haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

          concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

          precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

          amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

          meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

          BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

          Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

          No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

          animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

          Introduccedilatildeo

          17

          115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

          Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

          haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

          incluindo ar aacutegua e solos

          Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

          que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

          aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

          de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

          Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

          Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

          de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

          Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

          2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

          Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

          valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

          Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

          mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

          Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

          que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

          nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

          A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

          de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

          Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

          vigor para aacutegua

          Introduccedilatildeo

          18

          Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

          DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

          4 PAHs 010 microgL DL 24301

          Benzo(a)Pireno 001 microgL

          DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

          WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

          A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

          qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

          directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

          Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

          costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

          (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

          efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

          ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

          No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

          ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

          para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

          e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

          Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

          interiores Outras aacuteguas de

          superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

          Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

          PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

          Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

          Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

          Benzo(ghi)perileno 191-24-2

          Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

          Introduccedilatildeo

          19

          12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

          No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

          oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

          pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

          adsorvido

          Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

          de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

          concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

          sedimentos)

          121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

          A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

          envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

          presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

          Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

          Temperatura

          pH

          Substacircncias toacutexicas

          Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

          de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

          microrganismos tolerantes aos poluentes

          Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

          existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

          adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

          envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

          de degradar o BaP

          Introduccedilatildeo

          20

          Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

          (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

          alguns desses microrganismos

          Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

          PAH Microrganismos

          Benzo(a)Pireno

          Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

          NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

          Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

          Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

          A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

          (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

          Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

          mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

          Introduccedilatildeo

          21

          Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

          As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

          molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

          2004)

          A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

          posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

          derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

          catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

          aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

          a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

          meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

          carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

          Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

          aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

          energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

          O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

          este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

          Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

          Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

          Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

          Introduccedilatildeo

          22

          Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

          Composto Bacteacuteria Metabolitos

          Cis-45-BaPdihidrodiol

          Cis-910-BaPdihidrodiol

          Cis-78- BaPdihidrodiol

          45-criseno-dicarboxilico aacutecido

          Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

          Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

          78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

          Benzo(a)Pireno

          Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

          78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

          Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

          culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

          presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

          Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

          com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

          concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

          quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

          uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

          Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

          O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

          Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

          contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

          Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

          Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

          succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

          Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

          foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

          Introduccedilatildeo

          23

          Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

          Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

          remoccedilatildeo

          CO2 produzido

          Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

          Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

          Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

          Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

          Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

          28

          32 dias

          Schneider et al 1996

          Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

          Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

          Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

          Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

          Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

          Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

          Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

          Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

          Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

          Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

          Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

          Introduccedilatildeo

          24

          Degradaccedilatildeo por Fungos

          Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

          capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

          transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

          no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

          Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

          chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

          BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

          1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

          Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

          enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

          Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

          detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

          elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

          Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

          acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

          preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

          dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

          Introduccedilatildeo

          25

          Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

          Fungos Substrato de crescimento

          QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

          remoccedilatildeo

          CO2 produzido

          Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

          Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

          Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

          Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

          Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

          Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

          Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

          Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

          Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

          Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

          Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

          Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

          Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

          Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

          Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

          Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

          Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

          Introduccedilatildeo

          26

          Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

          Composto Referecircncia Metabolitos

          Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

          Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

          Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

          Benzo(a)pyrene-16-quinone

          Benzo(a)pyrene-36-quinone

          Benzo(a)pyrene-612-quinone

          3-Hydroxybenzo(a)pyrene

          9-Hydroxybenzo(a)pyrene

          7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

          7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

          Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

          BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

          Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

          Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

          quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

          White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

          Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

          os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

          1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

          Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

          dihidrodiols

          Introduccedilatildeo

          27

          Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

          Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

          Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

          Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

          Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

          Grande variedade de PAHs

          acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

          --- --- Pickart et al 1999

          Solo

          White rot fungus Bjerkandera sp Strain

          BOS55 Benzo(a)Pireno

          Culturas puras e condiccedilotildees

          laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

          Solo com creosote

          Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

          Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

          VUO10 201

          Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

          Benzo(a)Pireno

          Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

          e fungos ---- Boonchan et al2000

          Introduccedilatildeo

          28

          122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

          poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

          equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

          simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

          mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

          Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

          graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

          extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

          Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

          por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

          baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

          irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

          O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

          superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

          carvatildeo activado satildeo

          Carvatildeo betuminoso

          Ossos

          Casca de coco

          Turfa

          Casca de noz

          Resiacuteduos de petroacuteleo

          Accediluacutecar

          Madeira

          Caroccedilo de azeitona

          Caroccedilo de pecircssego

          Introduccedilatildeo

          29

          A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

          presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

          a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

          quiacutemica da sua superfiacutecie

          A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

          liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

          poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

          Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

          leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

          particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

          atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

          123 Fotodegradaccedilatildeo

          A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

          pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

          processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

          quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

          solar (Ferrarese et al 2007)

          No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

          A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

          em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

          A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

          fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

          E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

          aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

          alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

          cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

          Introduccedilatildeo

          30

          Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

          metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

          Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

          124 Oxidaccedilatildeo

          A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

          hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

          O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

          no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

          compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

          Permanganato

          O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

          Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

          e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

          Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

          sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

          MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

          Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

          podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

          de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

          oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

          carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

          Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

          PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

          Introduccedilatildeo

          31

          Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

          introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

          problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

          na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

          manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

          formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

          Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

          (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

          Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

          permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

          desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

          A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

          Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

          minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

          Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

          para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

          Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

          Introduccedilatildeo

          32

          Persulfato

          O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

          persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

          persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

          Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

          seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

          parte de compostos orgacircnicos

          A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

          iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

          equaccedilatildeo 2

          S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

          bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

          A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

          Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

          efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

          todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

          reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

          instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

          mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

          oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

          Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

          os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

          PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

          de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

          Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

          amostras de solo (Figura 7)

          Introduccedilatildeo

          33

          Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

          (adaptado de Nadim et al 2005)

          125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

          Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

          descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

          Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

          se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

          mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

          Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

          (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

          orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

          por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

          Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

          velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

          TiO2)

          A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

          satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

          Tempo (horas)

          Introduccedilatildeo

          34

          A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

          compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

          intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

          finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

          apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

          O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

          utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

          toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

          dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

          Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

          Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

          Processos com Ozono Processos sem Ozono

          O3 a pH elevado H2O2 + UV

          O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

          O3 + H2O2 Ultra-sons

          O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

          O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

          O3 + TiO2 + H2O2

          O3 + Ultra-sons

          Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

          seguintes vantagens (Yin et al 1999)

          Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

          oxidante aquoso

          Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

          Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

          processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

          Introduccedilatildeo

          35

          O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

          local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

          descarga

          O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

          molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

          tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

          desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

          directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

          Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

          PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

          existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

          Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

          O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

          poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

          com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

          Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

          (Figura 8 e 9)

          Fotoacutelise directa

          Ozonizaccedilatildeo directa

          Oxidaccedilatildeo por radical

          Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

          com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

          Introduccedilatildeo

          36

          Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

          Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

          Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

          poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

          O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

          orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

          luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

          Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

          Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

          nas seguintes conclusotildees

          A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

          degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

          degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

          Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

          Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

          combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

          ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

          Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

          com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

          Introduccedilatildeo

          37

          Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

          Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

          pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

          2 104 443 412 145 27

          4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

          Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

          Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

          aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

          medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

          naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

          contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

          degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

          Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

          CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

          Introduccedilatildeo

          38

          Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

          De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

          em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

          vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

          A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

          destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

          por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

          poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

          Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

          quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

          H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

          A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

          processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

          A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

          apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

          com o H2O2

          Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

          A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

          decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

          H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

          Introduccedilatildeo

          39

          A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

          aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

          de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

          Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

          A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

          decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

          de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

          Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

          UVTiO2

          O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

          proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

          geradas espeacutecies oxidativas

          O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

          processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

          interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

          desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

          baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

          1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

          Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

          Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

          A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

          destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

          Introduccedilatildeo

          40

          de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

          substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

          oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

          aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

          reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

          Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

          distintas

          Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

          Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

          presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

          UV)

          Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

          a um catalisador metaacutelico

          O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

          e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

          (equaccedilatildeo 5)

          Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

          No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

          radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

          Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

          A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

          oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

          Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

          ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

          trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

          apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

          Introduccedilatildeo

          41

          consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

          as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

          Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

          H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

          Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

          minus (Equaccedilatildeo 9)

          Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

          + H+ (Equaccedilatildeo 10)

          Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

          O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

          muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

          mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

          autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

          radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

          RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

          As principais variaacuteveis do processo satildeo

          Quantidade de ferro

          Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

          Razatildeo entre Fe2+H2O2

          Concentraccedilatildeo de substrato

          Temperatura

          pH

          Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

          concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

          maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

          de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

          A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

          temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

          Introduccedilatildeo

          42

          oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

          das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

          Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

          De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

          de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

          excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

          Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

          um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

          que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

          Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

          progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

          concentraccedilatildeo do material orgacircnico

          Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

          Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

          e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

          hidroxilo

          A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

          sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

          razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

          (Equaccedilatildeo 13)

          Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

          degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

          (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

          Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

          Introduccedilatildeo

          43

          Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

          reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

          A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

          iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

          haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

          igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

          hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

          Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

          oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

          remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

          hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

          Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

          M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

          constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

          Introduccedilatildeo

          44

          Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

          reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

          seguido do Fluoreno (Figura 13)

          Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

          durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          Introduccedilatildeo

          45

          A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

          devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

          Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

          tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

          Efeito da temperatura

          A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

          temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

          quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

          tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

          Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

          ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

          Efeito do pH

          As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

          necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

          maximizar a eficiecircncia

          O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

          precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

          aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

          aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

          eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

          efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

          reutilizaccedilatildeo

          Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

          situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

          baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

          Introduccedilatildeo

          46

          Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

          (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

          isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

          Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

          Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

          sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

          pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

          diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

          depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

          atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

          A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

          descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

          peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

          em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

          Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

          de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

          aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

          Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

          de H2O2

          Tempo de reacccedilatildeo (min)

          Introduccedilatildeo

          47

          Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

          Efeito do tempo de reacccedilatildeo

          O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

          razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

          Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

          O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

          a seguinte finalidade

          Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

          Reduccedilatildeo da toxicidade

          Aumento da biodegradabilidade

          Reduccedilatildeo da cor e cheiro

          Remoccedilatildeo da CQOCBO

          Introduccedilatildeo

          48

          Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

          da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

          Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

          poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

          experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

          A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

          Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

          Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

          Experiecircncia Fe2+ (molL)

          H2O2 (molL)

          Fe2+sumPAHs (molmol)

          H2O2Fe2+ (molmol) PAH

          Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

          1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

          2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

          3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

          4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

          5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

          6 1610-4 3210-4

          (adiccedilatildeo em 2 passos

          155 2 Mistura - BaP

          Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

          Introduccedilatildeo

          49

          Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

          condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

          Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

          trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

          foram

          Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

          1510-5 M

          Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

          12

          As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

          pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

          Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

          conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

          Introduccedilatildeo

          50

          Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

          PAH Nordm composto

          Produto encontrado ou identificado

          tempo de retenccedilatildeo

          (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

          1 phthalic anhydrid 14

          2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

          3 acenaphthene 167

          4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

          6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

          10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

          12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

          Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

          verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

          do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

          apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

          estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

          Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

          economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

          em matizes aquosas

          Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

          Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

          PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

          Introduccedilatildeo

          51

          Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

          Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

          dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

          dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

          Introduccedilatildeo

          52

          Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

          Matriz PAH [BaP] T

          (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

          remoccedilatildeo Bibliografia

          Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

          BaP concentrado em etanol

          BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

          Solo BaP+ 17 PAHs 25

          10 ml de FeSO4= 10

          mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

          aneacuteis) Jonsson et al 2007

          Sedimentos BaP+16 PAHs

          1427 mgKg Tamb pH

          sedimento 4 ml de

          FeSO4= 05 M

          40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

          FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

          Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

          Lama

          BaP+2 PAHs 031

          mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

          asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

          Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

          Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

          Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

          Introduccedilatildeo

          53

          Vantagens e desvantagens do meacutetodo

          Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

          sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

          Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

          Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

          tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

          Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

          utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

          O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

          geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

          Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

          convencionais

          Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

          vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

          todas as classes de compostos orgacircnicos

          Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

          coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

          processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

          Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

          Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

          piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

          Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

          decomposto

          Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

          Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

          Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

          insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

          Introduccedilatildeo

          54

          O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

          potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

          redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

          aumento deste potencial

          126 Processos Combinados

          A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

          poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

          tratamento

          A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

          diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

          objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

          Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

          tais como

          Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

          Aumento da biodegradaccedilatildeo

          Custos

          Produccedilatildeo de resiacuteduos

          1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

          Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

          satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

          microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

          vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

          contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

          residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

          numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

          Introduccedilatildeo

          55

          Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

          lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

          A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

          mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

          conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

          A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

          entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

          o poacutes-tratamento

          A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

          A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

          mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

          Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

          funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

          oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

          propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

          BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

          Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

          Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

          2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

          em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

          tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

          552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

          Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

          processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

          Introduccedilatildeo

          56

          Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

          Carvatildeo activado Zhou et al 2005

          Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

          Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

          Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

          Persulfato Nadim et al 2005

          Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

          Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

          Custos elevados Difiacutecil manuseamento

          UVO3 Ledakowicz et al 2001

          Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

          UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

          Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

          O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

          UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

          Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

          AOPs

          Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

          Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

          Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

          Introduccedilatildeo

          57

          13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

          Soluccedilotildees Aquosas

          Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

          recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

          Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

          matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

          Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

          com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

          extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

          Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

          devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

          A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

          compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

          que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

          poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

          A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

          arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

          afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

          que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

          separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

          representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

          Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

          Introduccedilatildeo

          58

          Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

          Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

          arrasteFase moacutevel

          Fase moacutevel

          Caudal mlmin PAH

          BaP λ Exc (nm)

          BaP λ Em (nm)

          Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

          Tempo de retenccedilatildeo

          BaP (min) LD Bibliografia

          GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

          HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

          Hwang et al 2006

          GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

          GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

          HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

          Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

          microgL USEPA 550

          GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

          microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

          10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

          GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

          microgml Anyakora et al 2005

          HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

          14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

          LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

          mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

          ngL Rodil et al 2007

          HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

          ngL Zhu et al 2004

          HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

          ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

          HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

          Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

          monocloroacetato de soacutedio

          10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

          microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

          HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

          BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

          BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

          Introduccedilatildeo

          59

          Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

          Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

          arrasteFase moacutevel

          Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

          BaP λ Exc (nm)

          BaP λ Em (nm)

          Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

          Tempo de retenccedilatildeo

          BaP (min) LD Bibliografia

          HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

          BaP + 14 PAHs

          290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

          Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

          microgL Algarra et al 2005

          GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

          Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

          BaP + 15 PAHs

          BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

          microgml Anyakora et al 2006

          GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

          Aacutegua

          A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

          Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

          01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

          BaP=044 ngml Doong et al 2000

          GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

          Aacutegua

          30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

          Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

          5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

          BaP=024 ngml Doong et al 2000

          GCMS SBSE Matriz aquosa

          HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

          10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

          Kolahgar et al 2002

          GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

          DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

          Heacutelio 10 mlmin

          BaP + 26 PAHs

          0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

          ngL

          Fernandez-Gonzalez et al 2007

          GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

          BaP + 15 PAHs

          BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

          microgL Wei et al 2007

          LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

          52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

          Introduccedilatildeo

          60

          Cromatografia Gasosa

          O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

          concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

          niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

          compostos vestiacutegiais

          Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

          satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

          A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

          (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

          Espectrometria de Massa)

          A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

          da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

          coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

          substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

          detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

          feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

          A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

          dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

          permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

          principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

          (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

          compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

          estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

          Introduccedilatildeo

          61

          Cromatografia Liacutequida

          A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

          princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

          2003)

          Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

          envolvidos

          Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

          pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

          bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

          cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

          dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

          de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

          ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

          (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

          devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

          os solutos

          Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

          vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

          (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

          suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

          saindo da coluna separados uns dos outros

          Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

          colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

          liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

          Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

          diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

          utiliza

          Introduccedilatildeo

          62

          Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

          da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

          usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

          constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

          compatiacutevel para uma larga gama de solventes

          Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

          sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

          anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

          Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

          siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

          Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

          representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

          injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

          Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

          soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

          no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

          perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

          submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

          dissolvidos com heacutelio

          A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

          variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

          possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

          Parte Experimental

          63

          2 Parte Experimental

          21 Metodologia

          A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

          consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

          apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

          degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

          deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

          22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

          Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

          do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

          da metodologia usada

          221 Reagentes

          No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

          Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

          com grau de pureza de 999

          Etanol Absoluto (Panreac)

          Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

          Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

          HPLC

          Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

          Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

          apresentados na Tabela 26

          Parte Experimental

          64

          Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

          Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

          Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

          Etanol Absoluto Panreac

          Sulfito de Soacutedio Merck

          Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

          Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

          Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

          222 Equipamento

          Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

          A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

          com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

          apresentado na Figura 17

          Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

          Parte Experimental

          65

          Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

          cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

          Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

          A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

          os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

          cada 500 mL antes do arranque do equipamento

          A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

          software EZChrom Elite

          Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

          A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

          camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

          magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

          Legenda 1 ndash Reactor de camisa

          2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

          3 ndash Agitador magneacutetico

          4 ndash Barra magneacutetica

          5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

          6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

          Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

          Parte Experimental

          66

          Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

          aquosas

          223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

          A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

          constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

          500 mL

          224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

          Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

          Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

          mL

          Parte Experimental

          67

          Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

          Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

          soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

          Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

          Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

          Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

          Volume Total do padratildeo (ml)

          1 1 10 100 2 10 10 10

          3 40 40 10 4 60 60 10

          5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

          As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

          soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

          Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

          1 hora

          Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

          (micro l)

          Volume Total do padratildeo (ml)

          10 100 100 20 200 100

          60 600 100 100 1000 100

          Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

          volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

          exemplo de caacutelculo

          Parte Experimental

          68

          225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

          As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

          Tabela 29

          Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

          Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

          Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

          λem 405 nm

          Volume de injecccedilatildeo 50 microl

          Tempo anaacutelise 15 minutos

          226 Quantificaccedilatildeo

          O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

          calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

          controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

          Parte Experimental

          69

          23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

          Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

          quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

          A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

          fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

          variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

          relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

          231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

          Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

          oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

          Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

          Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

          do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

          Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

          mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

          De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

          40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

          regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

          padratildeo para anaacutelise

          Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

          soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

          Parte Experimental

          70

          De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

          de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

          mL para anaacutelise

          A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

          inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

          foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

          Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

          foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

          hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

          e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

          concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

          segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

          bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

          corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

          por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

          recolhidas

          Optimizaccedilatildeo do pH

          Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

          fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

          bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

          Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

          para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

          Parte Experimental

          71

          Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

          Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

          Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

          temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

          com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

          realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

          Fenton

          Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

          optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

          Parte Experimental

          72

          Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

          Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

          concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

          aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

          apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

          Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

          Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

          Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

          Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

          hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

          Parte Experimental

          73

          Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

          Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

          Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

          optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

          apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

          oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

          Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

          Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

          Resultados e Discussatildeo

          74

          3 Resultados e Discussatildeo

          No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

          vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

          BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

          BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

          31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

          A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

          estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

          isto eacute serve para o fim a que se destina

          Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

          Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

          Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

          Estimar a incerteza global associada ao resultado

          Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

          discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

          uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

          Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

          (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

          poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

          Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

          resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

          (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

          e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

          Resultados e Discussatildeo

          75

          Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

          efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

          robustez

          Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

          fiabilidade

          311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

          A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

          tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

          concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

          interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

          Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

          construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

          A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

          aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

          verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

          apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

          subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

          gama de comprimentos de onda utilizados

          BaP

          Resultados e Discussatildeo

          76

          Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

          constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

          por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

          para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

          Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

          apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

          degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

          10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

          Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

          Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

          dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

          controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

          Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

          Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

          Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

          Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

          BaP

          BaP

          Resultados e Discussatildeo

          77

          Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

          Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

          Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

          Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

          Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

          fluorescecircncia varia bastante no tempo

          Resultados e Discussatildeo

          78

          As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

          distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

          permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

          reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

          apenas a precisatildeo

          Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

          situaccedilotildees (ISO 82581993)

          Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

          Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

          Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

          Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

          Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

          proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

          Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

          do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

          encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

          No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

          valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

          controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

          recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

          (excluindo os fora de controlo)

          Resultados e Discussatildeo

          79

          312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

          Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

          gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

          quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

          Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

          obtidos segundo o modelo do tipo

          y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

          Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

          declive e a a ordenada na origem

          Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

          linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

          Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

          Resultados e Discussatildeo

          80

          Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

          Declive (microgL V) b=

          985139

          Ordenada na origem (V) a= -1558656

          Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

          09993

          Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

          Desvio padratildeo associado a a Sa=

          779502

          Desvio padratildeo associado a b Sb=

          14091

          Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

          Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

          Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

          Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

          Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

          Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

          Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

          laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

          adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

          O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

          o declive) for inferior a 5

          A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

          O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

          Resultados e Discussatildeo

          81

          Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

          bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

          que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

          do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

          Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

          bibliografia

          O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

          a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

          incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

          as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

          superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

          dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

          deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

          assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

          forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

          termos de concentraccedilatildeo

          313 Precisatildeo do Meacutetodo

          A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

          independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

          condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

          Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

          refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

          utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

          A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

          entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

          (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

          valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

          Resultados e Discussatildeo

          82

          Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

          Concentraccedilotildees medidas microgL

          Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

          microgL

          Dia 1 83 645 1203

          Dia 2 106 579 1205

          Dia 3 109 606 1109

          Dia 4 125 591 1190

          Dia 5 108 568 1148

          Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

          Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

          CV = S x () 139 50 35

          Erro relativo 64 03 171

          O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

          50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

          erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

          acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

          maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

          demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

          314 Exactidatildeo

          A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

          Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

          na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

          anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

          2006)

          Resultados e Discussatildeo

          83

          Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

          amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

          contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

          Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

          Tabela B5 do Anexo B

          Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

          Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

          1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

          Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

          A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

          do padratildeo adicionado

          A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

          Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

          degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

          de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

          obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

          Resultados e Discussatildeo

          84

          Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

          Amostras contaminadas

          Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

          1 485 485

          2 376 376

          3 458 458

          Meacutedia 440 440

          Desvio padratildeo 57 57

          Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

          degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

          44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

          interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

          315 Incerteza Global

          A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

          fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

          foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

          A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

          combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

          de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

          erro que mais contribuem

          Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

          incerteza global

          Resultados e Discussatildeo

          85

          Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

          Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

          Incerteza associada agrave precisatildeo U3

          Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

          A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

          expressatildeo

          (Equaccedilatildeo 15)

          Em que U representa a incerteza global em

          3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

          Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

          (Equaccedilatildeo 16)

          Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

          preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

          Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

          A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

          balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

          Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

          confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

          (EurachemCITAC Guide 2000)

          (Equaccedilatildeo 17)

          Resultados e Discussatildeo

          86

          Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

          As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

          fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

          obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

          Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

          micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

          Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

          Balotildees Volumeacutetricos

          Incerteza (u) 0010 0024 0041

          Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

          Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

          Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

          Soluccedilatildeo matildee M1

          Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

          incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

          da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

          =00098 (Equaccedilatildeo 18)

          Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

          As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

          Tabela 40

          Resultados e Discussatildeo

          87

          A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

          calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

          da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

          (Equaccedilatildeo 19)

          Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

          Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

          matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

          Concentraccedilatildeo BaP microgL

          Concentraccedilatildeo mgL

          Incerteza U

          Volume (mL)

          Incerteza micropipeta

          U Volume

          (mL)

          Incerteza absoluta u (mL)

          U1 padrotildees

          1 10 100E-02 100 0100 140

          10 10 100E-02 10 0025 142

          40 40 930E-03 10 0025 137

          60 60 890E-03 10 0025 134

          100

          10 00098

          100 800E-03 10 0025 129

          3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

          Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

          pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

          (Equaccedilatildeo 20)

          Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

          calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

          do Anexo B

          (Equaccedilatildeo 21)

          Resultados e Discussatildeo

          88

          Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

          padratildeo neste caso n=2

          Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

          3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

          A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

          aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

          apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

          A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

          (Equaccedilatildeo 22)

          (Equaccedilatildeo 23)

          Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

          nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

          efectuados

          Resultados e Discussatildeo

          89

          Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

          Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

          n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

          Incerteza relativa (U3) 623 223 159

          3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

          A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

          realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

          (Equaccedilatildeo 24)

          Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

          nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

          Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

          Rmax 853 Rmin 714

          Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

          U4 008

          Resultados e Discussatildeo

          90

          3145 Incerteza Global Uglobal

          A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

          Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

          segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

          Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

          Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

          100 140 5676 1625 008 591

          1000 142 1074 630 008 125

          4000 137 250 284 008 40

          6000 134 164 217 008 30

          10000 129 126 161 008 24

          A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

          BaP na Figura 26

          Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

          Resultados e Discussatildeo

          91

          A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

          altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

          A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

          primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

          trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

          grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

          em estudos de degradaccedilatildeo

          Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

          incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

          ordem de grandeza

          A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

          prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

          (Equaccedilatildeo 26)

          Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

          Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

          matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

          imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

          No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

          propondo o seguinte

          Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

          corresponde a 120 microgKg)

          Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

          Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

          corresponde a 138 gKg)

          Resultados e Discussatildeo

          92

          As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

          expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

          concentraccedilotildees usadas

          Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

          Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

          segundo Thompson (2000) para o BaP

          Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

          segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

          da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

          Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

          vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

          incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

          caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

          seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

          para o aumento da incerteza global

          Resultados e Discussatildeo

          93

          Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

          incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

          Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

          32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

          De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

          degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

          concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

          Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

          degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

          baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

          que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

          Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

          do BaP de 10 microgL

          Resultados e Discussatildeo

          94

          321 Optimizaccedilatildeo do pH

          As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

          oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

          grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

          para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

          oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

          perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

          Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

          referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

          resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

          Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

          Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

          melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

          demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

          este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

          Resultados e Discussatildeo

          95

          322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

          Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

          temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

          eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

          e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

          A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

          (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

          diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

          31

          Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

          Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

          reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

          as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

          mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

          que os restantes ensaios

          Resultados e Discussatildeo

          96

          As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

          como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

          de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

          a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

          qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

          15 minutos de reacccedilatildeo

          323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

          O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

          aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

          baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

          realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

          concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

          de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

          pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

          realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

          ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

          degradaccedilatildeo

          Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

          de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

          apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

          experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

          de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

          Resultados e Discussatildeo

          97

          Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

          Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

          Resultados e Discussatildeo

          98

          Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

          as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

          eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

          escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

          resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

          se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

          como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

          ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

          324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

          O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

          peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

          Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

          Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

          concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

          estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

          degradaccedilatildeo obtidos

          Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

          escala)

          Resultados e Discussatildeo

          99

          Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

          Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

          Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

          Resultados e Discussatildeo

          100

          Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

          mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

          e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

          uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

          50 mgL

          Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

          5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

          Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

          flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

          caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

          Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

          Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

          de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

          Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

          pH 35

          Temperatura ordmC 40

          Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

          Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

          [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

          [H2O2][Fe2+] (massa) 133

          Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

          M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

          [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

          trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

          Resultados e Discussatildeo

          101

          Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

          bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

          degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

          nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

          Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

          [BaP] microgL

          Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

          final microgL Correcccedilatildeo de

          volume BaP microgL CC0

          0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

          15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

          10

          90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

          foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

          que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

          algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

          Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

          de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

          satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

          melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

          concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

          325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

          Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

          10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

          elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

          Resultados e Discussatildeo

          102

          Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

          de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

          Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

          concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

          Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

          aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

          uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

          diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

          em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

          Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

          (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

          caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

          necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

          molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

          Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

          estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

          Resultados e Discussatildeo

          103

          facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

          concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

          o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

          Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

          reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

          os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

          nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

          baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

          de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

          a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

          tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

          do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

          aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

          A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

          causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

          bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

          Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

          mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

          satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

          satildeo de degradar

          Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

          104

          4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

          O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

          poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

          o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

          estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

          Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

          obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

          literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

          A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

          concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

          106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

          meacutedia de 1171 microgL

          Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

          por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

          foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

          Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

          valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

          consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

          1 microgL)

          Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

          oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

          BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

          usadas satildeo miacutenimas

          Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

          105

          Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

          hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

          aumentavam

          Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

          de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

          [H2O2]=50 mgL

          Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

          Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

          pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

          limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

          reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

          que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

          realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

          encontradas no ambiente em amostras aquosas

          Sugestotildees Futuras

          Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

          complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

          recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

          na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

          (The statistical Discovery Software)

          Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

          exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

          completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

          tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

          Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

          106

          Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

          com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

          reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

          degradaccedilatildeo

          No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

          econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

          provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

          Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

          PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

          possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

          mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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          Anexo A

          125

          Anexo A

          Efeitos do Benzo(a)Pireno

          Anexo A

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          Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

          Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

          Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

          Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

          Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

          Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

          Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

          Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

          Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

          Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

          Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

          Anexo B

          127

          Anexo B

          Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

          Anexo B

          128

          Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

          de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

          Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

          Aacuterea (Volt)

          Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

          1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

          2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

          3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

          4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

          5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

          6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

          7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

          8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

          9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

          10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

          11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

          12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

          13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

          14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

          15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

          16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

          17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

          18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

          Anexo B

          129

          Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

          Aacuterea (Volts)

          Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

          1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

          2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

          3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

          4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

          5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

          6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

          7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

          8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

          9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

          10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

          11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

          12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

          13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

          14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

          15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

          16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

          17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

          Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

          para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

          caacutelculo de incertezas

          Anexo B

          130

          Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

          BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

          1 480671 305098 392885 1241489 316

          10 8255030 8127357 8191194 902784 11

          40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

          60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

          100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

          Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

          Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

          (volts) A meacutedia BaP

          (microgL) Aacuterea

          (volts) A meacutedia BaP

          (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

          (microgL)

          6747887 62519660 120393266

          6660841 62080551 120374984 1

          6521953

          6643560 83

          61340482

          61980231 645

          119429366

          120065872 1203

          9182202 55839580 120416512

          8638414 55769254 121282025 2

          8968918

          8929845 106

          54979771

          55529535 579

          119057903

          120252147 1205

          9247159 58859826 109950365

          9079287 57957932 111662157 3

          9358911

          9228452 109

          57618176

          58145311 606

          110763682

          110792068 1109

          11051272 57242886 118171990

          10407068 56680077 119331291 4

          10686850

          10715063 125

          56121956

          56681640 591

          118803050

          118768777 1190

          9525570 54447416 113571505

          9593865 54639472 114779189 5

          8161718

          9093718 108

          54128748

          54405212 568

          115723488

          114691394 1148

          Anexo B

          131

          Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

          Data Amostra Vamostra (micro l)

          VControlo100

          (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

          Aacuterea meacutedia Obtida

          (amostra+padratildeo)

          Area esperada

          Recuperaccedilatildeo

          14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

          Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

          1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

          2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

          Meacutedia 797

          20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

          Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

          3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

          4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

          Meacutedia 753

          26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

          Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

          5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

          6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

          7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

          8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

          9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

          Meacutedia 799

          Anexo B

          132

          Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

          Data Amostra Vamostra (micro l)

          VControlo100

          (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

          Aacuterea meacutedia Obtida

          (amostra+padratildeo)

          Area esperada

          Recuperaccedilatildeo

          09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

          Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

          10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

          11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

          12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

          13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

          Meacutedia 714

          14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

          14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

          15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

          16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

          Meacutedia 853

          Anexo B

          133

          Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

          Data Amostra Padratildeo BaP microgL

          Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

          Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

          meacutedia

          Area esperada Rec

          21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

          1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

          2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

          3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

          Meacutedia 485

          01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

          4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

          Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

          5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

          Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

          Anexo B

          134

          Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

          X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

          20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

          99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

          384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

          1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

          Meacutedia 422 40014214

          Soma 63968

          Anexo C

          135

          Anexo C

          Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

          Anexo C

          136

          Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

          Dados

          M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

          M (Na2SO3) (gmol) 12602

          M (Fe2+) (gmol) 558

          M H2O2 (gmol) 34

          H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

          Volume reactor (ml) 260

          Dados das variaacuteveis

          Volume de amostra (ml) 100

          Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

          [H2O2] (mgL) 104

          [BaP] (microgL) 10

          Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

          de 104 mgL

          Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

          Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

          m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

          sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

          m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

          Anexo C

          137

          Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

          1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

          m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

          Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

          na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

          Anexo C

          138

          Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

          Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

          Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

          do BaP microgL Correcccedilatildeo de

          volume BaP microgL CC0

          0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

          0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

          1 35

          90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

          2 59

          90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          139

          Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

          Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

          degradaccedilatildeo

          Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

          3 30

          60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

          0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

          0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

          4 40

          90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          140

          Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

          Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

          Concentraccedilatildeo final do BaP

          microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

          5 50

          90 ND ND ND 1000 000 000 000

          0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

          6 70

          90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          141

          Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

          Experiecircncia [Fe2+] mgL

          Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

          [BaP]

          final microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          7 20

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

          8 275

          90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          142

          Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

          Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

          0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

          15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          9 300

          90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

          15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

          10 375

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

          15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          11 500

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          143

          Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

          Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

          [BaP] final microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

          15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          12 50

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

          15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          13 150

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          144

          Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

          Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

          [BaP] final microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

          15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

          14 225

          90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

          15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

          15 375

          90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          145

          Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

          Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

          final microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

          15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

          16 10

          90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

          15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

          17 20

          90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

          Anexo C

          146

          Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

          Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

          final microgL

          Correcccedilatildeo de volume BaP

          microgL CC0

          0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

          15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

          18 60

          90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

          15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

          19 100

          90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

          • Capa
          • Agradecimentos
          • Resumo
          • Abstract
          • Iacutendice geral
          • Iacutendice de tabelas
          • Iacutendice de figuras
          • Abreviaturas
          • 1 Introduccedilatildeo
          • 2 Parte experimental
          • 3 Resultados e discussatildeo
          • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
          • 5 Bibliografia
          • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
          • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
          • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

            iv

            assess the reliability of the results the uncertainly was calculated following two different

            approches (bottom-upEurochem and modified top-down) and the results were compared

            Experiments with Fenton reagent were conducted in a cylindrical glass reactor with 260

            mL with the mixture being continuously stirred with a magnetic bar Temperature was kept

            constant using a thermostatic bath The effect of hydrogen peroxide concentration iron

            concentration pH and temperature has been investigated and optimizated The inicial BaP

            concentration in aqueous samples was 10 microgL

            The results of the optimization were pH 35 temperature 40 ordmC concentration of iron

            375 mgL and concentration of hydrogen peroxide 50 mgL

            As a chemical oxidant Fenton reagent was very efficient in the degradation of 10 microgL

            BaP at optimum conditions noticeably 984 of the inicial BaP were degradated in 15

            minutes and 992 until 40 minutes of reaction

            The results of this work indicate that Fenton reagent in the proposed conditions can be

            successfully applied to BaP contaminated aqueous samples This process is economic easy

            implementation and efficient

            v

            Iacutendice Geral

            Resumo i

            Abstract iii

            Iacutendice Geral v

            Iacutendice de Tabelas vii

            Iacutendice de Figuras xii

            Abreviaturas xv

            1 Introduccedilatildeo 1

            11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

            111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

            112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

            113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

            114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

            115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

            12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

            121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

            122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

            123 Fotodegradaccedilatildeo 29

            124 Oxidaccedilatildeo 30

            125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

            1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

            126 Processos Combinados 54

            1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

            vi

            13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

            57

            2 Parte Experimental 63

            21 Metodologia 63

            22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

            23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

            3 Resultados e Discussatildeo 74

            31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

            311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

            312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

            313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

            314 Exactidatildeo 82

            315 Incerteza Global 84

            32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

            321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

            322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

            323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

            324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

            325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

            4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

            5 Bibliografia 107

            Anexo A 125

            Anexo B 127

            Anexo C 135

            vii

            Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

            2005)

            4

            Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

            e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

            6

            Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

            Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

            Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

            Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

            (Ravindra et al 2006)

            11

            Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

            2001 (Ravindra et al 2006)

            12

            Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

            Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

            Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

            Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

            Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

            (Mrozik et al 2002)

            22

            Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

            2000)

            23

            Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

            2000)

            25

            viii

            Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

            Cerniglia CE 1997)

            26

            Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

            Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

            tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

            (adaptado de Brown et al 2003)

            31

            Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

            Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

            processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

            37

            Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

            presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

            48

            Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

            resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

            50

            Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

            ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

            50

            Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

            tipos de matrizes

            52

            Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

            agrave degradaccedilatildeo do BaP

            56

            Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

            para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

            58

            Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

            Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

            M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

            67

            ix

            Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

            Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

            HPLCFLD

            68

            Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

            optimizaccedilatildeo do pH

            71

            Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

            optimizaccedilatildeo da temperatura

            71

            Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

            optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

            72

            Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

            optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

            73

            Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

            degradaccedilatildeo do BaP

            73

            Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

            Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

            o BaP

            82

            Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

            Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

            com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

            84

            Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

            micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

            incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

            86

            Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

            Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

            x

            Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

            Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

            Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

            incerteza

            90

            Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

            degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

            100

            Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

            microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

            Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

            de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

            126

            Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

            Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

            Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

            Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

            Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

            Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

            reagente de Fenton em 3 dias diferentes

            133

            Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

            HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

            134

            Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

            Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

            xi

            Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

            Fe2+

            141

            Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

            H2O2

            143

            Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

            condiccedilotildees oacuteptimas

            145

            xii

            Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

            Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

            2001)

            5

            Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

            Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

            (Ravindra et al 2006)

            11

            Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

            Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

            fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

            20

            Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

            persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

            33

            Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

            Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

            Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

            do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

            37

            Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

            com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

            (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            43

            Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

            Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

            de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            44

            xiii

            Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

            tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

            iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

            1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            44

            Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

            Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

            com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

            5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            47

            Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

            nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

            49

            Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

            aquosas

            64

            Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

            Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

            Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

            matrizes aquosas

            66

            Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

            construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

            75

            Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

            oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

            reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

            76

            Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

            Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

            Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

            Confianccedila)

            79

            xiv

            Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

            Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

            a passo e segundo Thompson para o BaP

            92

            Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

            Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

            94

            Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

            95

            Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

            apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

            97

            Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

            apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

            97

            Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

            apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

            99

            Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

            apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

            99

            Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

            concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

            Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

            H2O2=50 mgL

            102

            xv

            Abreviaturas

            Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

            ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

            AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

            BaP Benzo(a)Pireno

            [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

            BbF Benzo(b)fluoranteno

            BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

            CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

            CO2 Dioacutexido de Carbono

            Conc Concentraccedilatildeo

            CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

            CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

            ECD Detector de Captura de electrotildees

            EPA Environmental Protection Agency

            FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

            Fla Fenantreno

            FLD Fluorescecircncia

            GC Cromatografia Gasosa

            GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

            GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

            H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

            HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

            IC Intervalo de Confianccedila

            xvi

            ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

            ICb Intervalo de confianccedila do declive

            IPCS International Programme on Chemical Safety

            K Kelvin

            Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

            LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

            LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

            LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

            LCSS Limite de Controlo Superior Superior

            LD Limite de detecccedilatildeo

            LVI Large volume injection

            MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

            MASE Membrane assisted solvent extraction

            N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

            n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

            ND Natildeo detectado

            NQA Normas de Qualidade Ambiental

            PA Poliacrilato

            PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

            PDMS Polidimetilsiloxano

            PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

            R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

            Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

            Sb Desvio padratildeo associado ao declive

            Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

            xvii

            SBaP Desvio padratildeo do BaP

            SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

            SFE Supercritical Fluid Extraction

            SPE Solid Phase Extraction

            SPME Solid Phase MicroExtraction

            Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

            t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

            Tamb Temperatura ambiente

            TiO2 Oxido de titacircnio

            TOC Carbono Orgacircnico Total

            Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

            u Incerteza absoluta

            U Incerteza relativa

            U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

            U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

            U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

            U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

            US - EPA United States Environmental Protection Agency

            UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

            uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

            xi Concentraccedilatildeo de analito

            X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

            x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

            Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

            xviii

            y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

            yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

            λEm Comprimento de onda de emissatildeo

            λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

            Introduccedilatildeo

            1

            1 Introduccedilatildeo

            Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

            poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

            Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

            constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

            antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

            destes compostos (Lee et al 1981)

            Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

            (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

            identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

            um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

            As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

            1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

            e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

            Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

            particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

            Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

            distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

            (Finlayson-Pitts et al 1997)

            Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

            partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

            canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

            substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

            orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

            Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

            determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

            Introduccedilatildeo

            2

            Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

            seus autores (Costa 2001)

            A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

            ambientais e bioloacutegicas

            Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

            considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

            monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

            Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

            combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

            canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

            especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

            desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

            sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

            Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

            deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

            foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

            et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

            processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

            Fenton (Flotron et al 2005)

            Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

            matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

            posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

            necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

            temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

            optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

            Introduccedilatildeo

            3

            11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

            O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

            conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

            Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

            Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

            Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

            Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

            lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

            Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

            Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

            Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

            Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

            As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

            Composto muito pouco volaacutetil

            Natildeo tem odor

            Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

            Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

            parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

            Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

            Baixas pressotildees de vapor

            Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

            transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

            O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

            assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

            As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

            Introduccedilatildeo

            4

            Baixa solubilidade em aacutegua

            Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

            compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

            absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

            Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

            PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

            a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

            Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

            directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

            solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

            Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

            Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

            Foacutermula Molecular C20H12

            Estrutura Molecular

            CAS Number 50-32-8

            Massa Molecular (gmol) 2523093

            Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

            Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

            Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

            Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

            Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

            Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

            Log Kow (1) 650

            Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

            Introduccedilatildeo

            5

            111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

            Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

            e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

            combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

            maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

            subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

            O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

            atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

            em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

            Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

            O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

            na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

            especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

            Introduccedilatildeo

            6

            Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

            ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

            degradaccedilatildeo natural

            Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

            Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

            Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

            Volatilizaccedilatildeo

            Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

            Biodegradaccedilatildeo

            Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

            Solo Plantas Partiacuteculas

            Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

            Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

            Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

            e de diferentes zonas geograacuteficas

            Introduccedilatildeo

            7

            Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

            Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

            Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

            Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

            Rio Qiantang ND-1010 mgL

            Canal Hangzhou ND-6640 mgL

            Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

            Lago West ND-1022 mgL

            Zhu et al 2004

            Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

            Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

            Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

            Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

            Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

            Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

            Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

            Greacutecia

            Aacuteguas superficiais

            Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

            Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

            1064-11520 pgL

            Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

            500-7136 pgL

            Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

            Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

            Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

            01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

            2-50 ngL

            Dinamarca (Horsholm)

            Aacutegua de consumo humano 004 ngL

            Finlacircndia (Helsinquia)

            Aacutegua de consumo humano 005 ngL

            Dinamarca (Copenhaga )

            Aacutegua de consumo humano 005 ngL

            Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

            Manoli et al 1999

            Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

            Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

            Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

            Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

            Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

            Introduccedilatildeo

            8

            112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

            O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

            devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

            petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

            outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

            Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

            O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

            como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

            (Netto et al 2000)

            As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

            complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

            particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

            carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

            aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

            Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

            Introduccedilatildeo

            9

            Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

            Categoria Referecircncias

            Fontes estacionaacuterias

            Induacutestria de ferro Yang et al 1998

            Fontes moacuteveis

            Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

            Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

            Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

            Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

            Fontes de combustatildeo

            Fontes de combustatildeo Park et al 2002

            Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

            Fontes caseiras

            Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

            Queima de incenso Li e Ro 2000

            Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

            Introduccedilatildeo

            10

            Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

            Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

            Automoacuteveis

            ToyotaHilux 2099 microgKg

            AacutesiaTopic 16315 microgKg

            Mercedes Benz Sprinter F310D ND

            Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

            Abrantes et al 2004

            Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

            queimado

            01 tonano (Alemanha)

            Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

            Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

            IPCS 1998 Ravindra et al 2006

            Cinzas e fuligem de unidades residenciais

            Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

            Lenha de pinheiro 1747 mgKg

            Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

            Turfa 286 mgKg

            Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

            Kakareka et al 2005

            Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

            Emissotildees de combustatildeo

            Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

            Vidoeiro Seco 1096 microgm3

            Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

            Turfa ND

            Kakareka et al 2005

            Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

            legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

            BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

            um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

            a 164 tonano ateacute 2001

            Introduccedilatildeo

            11

            Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

            Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

            (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

            Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

            EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

            ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

            Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

            al 2006)

            Introduccedilatildeo

            12

            Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

            Introduccedilatildeo

            13

            113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

            A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

            tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

            O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

            fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

            e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

            2007)

            Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

            durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

            levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

            Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

            aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

            na pele (Luttrell et al 2007)

            O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

            inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

            provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

            mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

            aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

            114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

            A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

            irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

            vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

            deles ainda desconhecidos

            Introduccedilatildeo

            14

            Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

            associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

            aerossoacuteis atmosfeacutericos

            A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

            importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

            No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

            fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

            processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

            composto (IPCS 1998)

            O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

            em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

            Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

            podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

            humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

            BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

            processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

            Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

            Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

            microgKg Bibliografia

            Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

            Camargo et al 2003

            Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

            Camargo et al 2003

            Introduccedilatildeo

            15

            Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

            (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

            condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

            Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

            risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

            caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

            rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

            com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

            urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

            industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

            aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

            2000)

            A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

            ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

            considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

            durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

            (Netto et al 2000)

            A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

            anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

            normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

            benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

            que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

            sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

            causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

            importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

            ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

            seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

            compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

            com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

            et al 2000)

            Introduccedilatildeo

            16

            A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

            com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

            haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

            concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

            precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

            amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

            meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

            BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

            Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

            No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

            animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

            Introduccedilatildeo

            17

            115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

            Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

            haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

            incluindo ar aacutegua e solos

            Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

            que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

            aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

            de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

            Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

            Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

            de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

            Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

            2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

            Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

            valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

            Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

            mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

            Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

            que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

            nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

            A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

            de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

            Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

            vigor para aacutegua

            Introduccedilatildeo

            18

            Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

            DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

            4 PAHs 010 microgL DL 24301

            Benzo(a)Pireno 001 microgL

            DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

            WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

            A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

            qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

            directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

            Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

            costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

            (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

            efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

            ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

            No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

            ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

            para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

            e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

            Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

            interiores Outras aacuteguas de

            superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

            Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

            PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

            Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

            Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

            Benzo(ghi)perileno 191-24-2

            Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

            Introduccedilatildeo

            19

            12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

            No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

            oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

            pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

            adsorvido

            Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

            de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

            concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

            sedimentos)

            121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

            A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

            envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

            presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

            Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

            Temperatura

            pH

            Substacircncias toacutexicas

            Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

            de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

            microrganismos tolerantes aos poluentes

            Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

            existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

            adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

            envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

            de degradar o BaP

            Introduccedilatildeo

            20

            Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

            (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

            alguns desses microrganismos

            Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

            PAH Microrganismos

            Benzo(a)Pireno

            Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

            NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

            Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

            Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

            A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

            (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

            Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

            mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

            Introduccedilatildeo

            21

            Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

            As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

            molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

            2004)

            A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

            posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

            derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

            catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

            aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

            a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

            meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

            carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

            Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

            aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

            energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

            O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

            este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

            Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

            Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

            Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

            Introduccedilatildeo

            22

            Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

            Composto Bacteacuteria Metabolitos

            Cis-45-BaPdihidrodiol

            Cis-910-BaPdihidrodiol

            Cis-78- BaPdihidrodiol

            45-criseno-dicarboxilico aacutecido

            Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

            Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

            78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

            Benzo(a)Pireno

            Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

            78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

            Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

            culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

            presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

            Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

            com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

            concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

            quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

            uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

            Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

            O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

            Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

            contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

            Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

            Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

            succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

            Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

            foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

            Introduccedilatildeo

            23

            Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

            Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

            remoccedilatildeo

            CO2 produzido

            Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

            Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

            Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

            Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

            Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

            28

            32 dias

            Schneider et al 1996

            Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

            Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

            Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

            Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

            Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

            Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

            Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

            Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

            Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

            Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

            Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

            Introduccedilatildeo

            24

            Degradaccedilatildeo por Fungos

            Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

            capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

            transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

            no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

            Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

            chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

            BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

            1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

            Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

            enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

            Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

            detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

            elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

            Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

            acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

            preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

            dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

            Introduccedilatildeo

            25

            Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

            Fungos Substrato de crescimento

            QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

            remoccedilatildeo

            CO2 produzido

            Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

            Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

            Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

            Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

            Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

            Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

            Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

            Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

            Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

            Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

            Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

            Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

            Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

            Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

            Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

            Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

            Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

            Introduccedilatildeo

            26

            Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

            Composto Referecircncia Metabolitos

            Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

            Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

            Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

            Benzo(a)pyrene-16-quinone

            Benzo(a)pyrene-36-quinone

            Benzo(a)pyrene-612-quinone

            3-Hydroxybenzo(a)pyrene

            9-Hydroxybenzo(a)pyrene

            7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

            7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

            Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

            BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

            Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

            Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

            quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

            White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

            Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

            os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

            1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

            Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

            dihidrodiols

            Introduccedilatildeo

            27

            Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

            Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

            Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

            Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

            Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

            Grande variedade de PAHs

            acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

            --- --- Pickart et al 1999

            Solo

            White rot fungus Bjerkandera sp Strain

            BOS55 Benzo(a)Pireno

            Culturas puras e condiccedilotildees

            laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

            Solo com creosote

            Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

            Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

            VUO10 201

            Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

            Benzo(a)Pireno

            Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

            e fungos ---- Boonchan et al2000

            Introduccedilatildeo

            28

            122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

            poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

            equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

            simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

            mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

            Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

            graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

            extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

            Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

            por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

            baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

            irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

            O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

            superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

            carvatildeo activado satildeo

            Carvatildeo betuminoso

            Ossos

            Casca de coco

            Turfa

            Casca de noz

            Resiacuteduos de petroacuteleo

            Accediluacutecar

            Madeira

            Caroccedilo de azeitona

            Caroccedilo de pecircssego

            Introduccedilatildeo

            29

            A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

            presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

            a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

            quiacutemica da sua superfiacutecie

            A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

            liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

            poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

            Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

            leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

            particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

            atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

            123 Fotodegradaccedilatildeo

            A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

            pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

            processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

            quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

            solar (Ferrarese et al 2007)

            No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

            A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

            em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

            A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

            fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

            E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

            aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

            alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

            cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

            Introduccedilatildeo

            30

            Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

            metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

            Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

            124 Oxidaccedilatildeo

            A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

            hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

            O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

            no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

            compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

            Permanganato

            O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

            Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

            e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

            Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

            sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

            MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

            Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

            podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

            de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

            oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

            carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

            Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

            PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

            Introduccedilatildeo

            31

            Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

            introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

            problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

            na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

            manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

            formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

            Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

            (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

            Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

            permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

            desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

            A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

            Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

            minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

            Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

            para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

            Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

            Introduccedilatildeo

            32

            Persulfato

            O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

            persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

            persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

            Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

            seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

            parte de compostos orgacircnicos

            A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

            iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

            equaccedilatildeo 2

            S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

            bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

            A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

            Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

            efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

            todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

            reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

            instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

            mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

            oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

            Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

            os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

            PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

            de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

            Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

            amostras de solo (Figura 7)

            Introduccedilatildeo

            33

            Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

            (adaptado de Nadim et al 2005)

            125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

            Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

            descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

            Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

            se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

            mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

            Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

            (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

            orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

            por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

            Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

            velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

            TiO2)

            A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

            satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

            Tempo (horas)

            Introduccedilatildeo

            34

            A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

            compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

            intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

            finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

            apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

            O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

            utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

            toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

            dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

            Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

            Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

            Processos com Ozono Processos sem Ozono

            O3 a pH elevado H2O2 + UV

            O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

            O3 + H2O2 Ultra-sons

            O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

            O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

            O3 + TiO2 + H2O2

            O3 + Ultra-sons

            Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

            seguintes vantagens (Yin et al 1999)

            Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

            oxidante aquoso

            Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

            Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

            processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

            Introduccedilatildeo

            35

            O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

            local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

            descarga

            O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

            molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

            tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

            desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

            directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

            Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

            PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

            existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

            Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

            O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

            poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

            com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

            Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

            (Figura 8 e 9)

            Fotoacutelise directa

            Ozonizaccedilatildeo directa

            Oxidaccedilatildeo por radical

            Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

            com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

            Introduccedilatildeo

            36

            Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

            Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

            Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

            poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

            O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

            orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

            luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

            Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

            Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

            nas seguintes conclusotildees

            A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

            degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

            degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

            Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

            Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

            combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

            ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

            Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

            com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

            Introduccedilatildeo

            37

            Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

            Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

            pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

            2 104 443 412 145 27

            4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

            Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

            Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

            aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

            medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

            naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

            contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

            degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

            Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

            CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

            Introduccedilatildeo

            38

            Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

            De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

            em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

            vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

            A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

            destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

            por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

            poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

            Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

            quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

            H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

            A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

            processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

            A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

            apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

            com o H2O2

            Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

            A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

            decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

            H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

            Introduccedilatildeo

            39

            A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

            aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

            de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

            Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

            A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

            decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

            de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

            Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

            UVTiO2

            O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

            proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

            geradas espeacutecies oxidativas

            O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

            processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

            interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

            desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

            baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

            1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

            Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

            Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

            A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

            destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

            Introduccedilatildeo

            40

            de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

            substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

            oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

            aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

            reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

            Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

            distintas

            Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

            Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

            presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

            UV)

            Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

            a um catalisador metaacutelico

            O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

            e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

            (equaccedilatildeo 5)

            Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

            No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

            radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

            Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

            A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

            oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

            Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

            ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

            trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

            apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

            Introduccedilatildeo

            41

            consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

            as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

            Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

            H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

            Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

            minus (Equaccedilatildeo 9)

            Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

            + H+ (Equaccedilatildeo 10)

            Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

            O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

            muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

            mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

            autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

            radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

            RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

            As principais variaacuteveis do processo satildeo

            Quantidade de ferro

            Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

            Razatildeo entre Fe2+H2O2

            Concentraccedilatildeo de substrato

            Temperatura

            pH

            Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

            concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

            maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

            de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

            A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

            temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

            Introduccedilatildeo

            42

            oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

            das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

            Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

            De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

            de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

            excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

            Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

            um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

            que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

            Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

            progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

            concentraccedilatildeo do material orgacircnico

            Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

            Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

            e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

            hidroxilo

            A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

            sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

            razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

            (Equaccedilatildeo 13)

            Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

            degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

            (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

            Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

            Introduccedilatildeo

            43

            Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

            reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

            A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

            iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

            haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

            igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

            hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

            Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

            oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

            remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

            hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

            Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

            M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

            constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

            Introduccedilatildeo

            44

            Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

            reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

            seguido do Fluoreno (Figura 13)

            Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

            durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            Introduccedilatildeo

            45

            A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

            devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

            Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

            tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

            Efeito da temperatura

            A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

            temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

            quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

            tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

            Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

            ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

            Efeito do pH

            As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

            necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

            maximizar a eficiecircncia

            O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

            precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

            aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

            aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

            eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

            efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

            reutilizaccedilatildeo

            Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

            situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

            baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

            Introduccedilatildeo

            46

            Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

            (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

            isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

            Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

            Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

            sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

            pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

            diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

            depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

            atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

            A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

            descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

            peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

            em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

            Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

            de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

            aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

            Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

            de H2O2

            Tempo de reacccedilatildeo (min)

            Introduccedilatildeo

            47

            Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

            Efeito do tempo de reacccedilatildeo

            O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

            razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

            Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

            O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

            a seguinte finalidade

            Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

            Reduccedilatildeo da toxicidade

            Aumento da biodegradabilidade

            Reduccedilatildeo da cor e cheiro

            Remoccedilatildeo da CQOCBO

            Introduccedilatildeo

            48

            Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

            da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

            Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

            poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

            experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

            A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

            Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

            Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

            Experiecircncia Fe2+ (molL)

            H2O2 (molL)

            Fe2+sumPAHs (molmol)

            H2O2Fe2+ (molmol) PAH

            Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

            1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

            2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

            3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

            4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

            5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

            6 1610-4 3210-4

            (adiccedilatildeo em 2 passos

            155 2 Mistura - BaP

            Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

            Introduccedilatildeo

            49

            Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

            condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

            Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

            trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

            foram

            Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

            1510-5 M

            Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

            12

            As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

            pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

            Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

            conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

            Introduccedilatildeo

            50

            Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

            PAH Nordm composto

            Produto encontrado ou identificado

            tempo de retenccedilatildeo

            (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

            1 phthalic anhydrid 14

            2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

            3 acenaphthene 167

            4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

            6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

            10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

            12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

            Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

            verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

            do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

            apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

            estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

            Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

            economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

            em matizes aquosas

            Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

            Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

            PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

            Introduccedilatildeo

            51

            Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

            Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

            dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

            dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

            Introduccedilatildeo

            52

            Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

            Matriz PAH [BaP] T

            (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

            remoccedilatildeo Bibliografia

            Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

            BaP concentrado em etanol

            BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

            Solo BaP+ 17 PAHs 25

            10 ml de FeSO4= 10

            mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

            aneacuteis) Jonsson et al 2007

            Sedimentos BaP+16 PAHs

            1427 mgKg Tamb pH

            sedimento 4 ml de

            FeSO4= 05 M

            40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

            FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

            Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

            Lama

            BaP+2 PAHs 031

            mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

            asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

            Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

            Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

            Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

            Introduccedilatildeo

            53

            Vantagens e desvantagens do meacutetodo

            Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

            sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

            Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

            Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

            tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

            Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

            utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

            O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

            geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

            Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

            convencionais

            Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

            vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

            todas as classes de compostos orgacircnicos

            Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

            coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

            processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

            Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

            Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

            piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

            Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

            decomposto

            Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

            Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

            Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

            insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

            Introduccedilatildeo

            54

            O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

            potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

            redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

            aumento deste potencial

            126 Processos Combinados

            A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

            poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

            tratamento

            A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

            diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

            objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

            Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

            tais como

            Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

            Aumento da biodegradaccedilatildeo

            Custos

            Produccedilatildeo de resiacuteduos

            1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

            Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

            satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

            microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

            vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

            contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

            residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

            numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

            Introduccedilatildeo

            55

            Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

            lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

            A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

            mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

            conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

            A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

            entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

            o poacutes-tratamento

            A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

            A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

            mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

            Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

            funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

            oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

            propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

            BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

            Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

            Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

            2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

            em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

            tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

            552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

            Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

            processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

            Introduccedilatildeo

            56

            Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

            Carvatildeo activado Zhou et al 2005

            Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

            Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

            Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

            Persulfato Nadim et al 2005

            Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

            Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

            Custos elevados Difiacutecil manuseamento

            UVO3 Ledakowicz et al 2001

            Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

            UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

            Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

            O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

            UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

            Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

            AOPs

            Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

            Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

            Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

            Introduccedilatildeo

            57

            13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

            Soluccedilotildees Aquosas

            Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

            recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

            Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

            matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

            Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

            com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

            extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

            Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

            devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

            A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

            compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

            que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

            poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

            A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

            arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

            afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

            que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

            separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

            representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

            Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

            Introduccedilatildeo

            58

            Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

            Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

            arrasteFase moacutevel

            Fase moacutevel

            Caudal mlmin PAH

            BaP λ Exc (nm)

            BaP λ Em (nm)

            Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

            Tempo de retenccedilatildeo

            BaP (min) LD Bibliografia

            GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

            HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

            Hwang et al 2006

            GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

            GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

            HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

            Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

            microgL USEPA 550

            GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

            microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

            10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

            GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

            microgml Anyakora et al 2005

            HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

            14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

            LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

            mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

            ngL Rodil et al 2007

            HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

            ngL Zhu et al 2004

            HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

            ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

            HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

            Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

            monocloroacetato de soacutedio

            10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

            microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

            HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

            BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

            BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

            Introduccedilatildeo

            59

            Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

            Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

            arrasteFase moacutevel

            Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

            BaP λ Exc (nm)

            BaP λ Em (nm)

            Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

            Tempo de retenccedilatildeo

            BaP (min) LD Bibliografia

            HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

            BaP + 14 PAHs

            290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

            Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

            microgL Algarra et al 2005

            GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

            Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

            BaP + 15 PAHs

            BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

            microgml Anyakora et al 2006

            GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

            Aacutegua

            A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

            Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

            01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

            BaP=044 ngml Doong et al 2000

            GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

            Aacutegua

            30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

            Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

            5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

            BaP=024 ngml Doong et al 2000

            GCMS SBSE Matriz aquosa

            HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

            10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

            Kolahgar et al 2002

            GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

            DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

            Heacutelio 10 mlmin

            BaP + 26 PAHs

            0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

            ngL

            Fernandez-Gonzalez et al 2007

            GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

            BaP + 15 PAHs

            BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

            microgL Wei et al 2007

            LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

            52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

            Introduccedilatildeo

            60

            Cromatografia Gasosa

            O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

            concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

            niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

            compostos vestiacutegiais

            Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

            satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

            A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

            (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

            Espectrometria de Massa)

            A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

            da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

            coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

            substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

            detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

            feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

            A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

            dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

            permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

            principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

            (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

            compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

            estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

            Introduccedilatildeo

            61

            Cromatografia Liacutequida

            A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

            princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

            2003)

            Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

            envolvidos

            Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

            pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

            bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

            cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

            dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

            de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

            ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

            (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

            devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

            os solutos

            Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

            vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

            (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

            suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

            saindo da coluna separados uns dos outros

            Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

            colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

            liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

            Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

            diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

            utiliza

            Introduccedilatildeo

            62

            Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

            da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

            usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

            constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

            compatiacutevel para uma larga gama de solventes

            Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

            sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

            anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

            Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

            siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

            Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

            representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

            injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

            Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

            soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

            no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

            perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

            submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

            dissolvidos com heacutelio

            A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

            variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

            possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

            Parte Experimental

            63

            2 Parte Experimental

            21 Metodologia

            A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

            consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

            apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

            degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

            deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

            22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

            Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

            do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

            da metodologia usada

            221 Reagentes

            No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

            Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

            com grau de pureza de 999

            Etanol Absoluto (Panreac)

            Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

            Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

            HPLC

            Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

            Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

            apresentados na Tabela 26

            Parte Experimental

            64

            Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

            Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

            Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

            Etanol Absoluto Panreac

            Sulfito de Soacutedio Merck

            Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

            Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

            Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

            222 Equipamento

            Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

            A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

            com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

            apresentado na Figura 17

            Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

            Parte Experimental

            65

            Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

            cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

            Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

            A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

            os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

            cada 500 mL antes do arranque do equipamento

            A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

            software EZChrom Elite

            Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

            A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

            camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

            magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

            Legenda 1 ndash Reactor de camisa

            2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

            3 ndash Agitador magneacutetico

            4 ndash Barra magneacutetica

            5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

            6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

            Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

            Parte Experimental

            66

            Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

            aquosas

            223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

            A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

            constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

            500 mL

            224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

            Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

            Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

            mL

            Parte Experimental

            67

            Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

            Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

            soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

            Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

            Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

            Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

            Volume Total do padratildeo (ml)

            1 1 10 100 2 10 10 10

            3 40 40 10 4 60 60 10

            5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

            As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

            soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

            Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

            1 hora

            Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

            (micro l)

            Volume Total do padratildeo (ml)

            10 100 100 20 200 100

            60 600 100 100 1000 100

            Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

            volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

            exemplo de caacutelculo

            Parte Experimental

            68

            225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

            As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

            Tabela 29

            Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

            Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

            Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

            λem 405 nm

            Volume de injecccedilatildeo 50 microl

            Tempo anaacutelise 15 minutos

            226 Quantificaccedilatildeo

            O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

            calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

            controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

            Parte Experimental

            69

            23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

            Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

            quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

            A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

            fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

            variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

            relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

            231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

            Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

            oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

            Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

            Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

            do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

            Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

            mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

            De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

            40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

            regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

            padratildeo para anaacutelise

            Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

            soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

            Parte Experimental

            70

            De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

            de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

            mL para anaacutelise

            A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

            inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

            foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

            Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

            foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

            hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

            e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

            concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

            segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

            bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

            corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

            por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

            recolhidas

            Optimizaccedilatildeo do pH

            Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

            fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

            bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

            Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

            para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

            Parte Experimental

            71

            Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

            Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

            Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

            temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

            com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

            realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

            Fenton

            Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

            optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

            Parte Experimental

            72

            Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

            Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

            concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

            aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

            apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

            Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

            Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

            Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

            Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

            hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

            Parte Experimental

            73

            Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

            Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

            Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

            optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

            apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

            oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

            Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

            Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

            Resultados e Discussatildeo

            74

            3 Resultados e Discussatildeo

            No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

            vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

            BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

            BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

            31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

            A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

            estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

            isto eacute serve para o fim a que se destina

            Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

            Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

            Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

            Estimar a incerteza global associada ao resultado

            Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

            discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

            uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

            Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

            (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

            poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

            Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

            resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

            (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

            e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

            Resultados e Discussatildeo

            75

            Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

            efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

            robustez

            Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

            fiabilidade

            311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

            A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

            tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

            concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

            interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

            Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

            construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

            A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

            aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

            verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

            apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

            subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

            gama de comprimentos de onda utilizados

            BaP

            Resultados e Discussatildeo

            76

            Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

            constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

            por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

            para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

            Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

            apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

            degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

            10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

            Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

            Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

            dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

            controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

            Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

            Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

            Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

            Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

            BaP

            BaP

            Resultados e Discussatildeo

            77

            Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

            Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

            Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

            Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

            Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

            fluorescecircncia varia bastante no tempo

            Resultados e Discussatildeo

            78

            As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

            distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

            permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

            reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

            apenas a precisatildeo

            Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

            situaccedilotildees (ISO 82581993)

            Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

            Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

            Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

            Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

            Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

            proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

            Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

            do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

            encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

            No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

            valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

            controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

            recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

            (excluindo os fora de controlo)

            Resultados e Discussatildeo

            79

            312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

            Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

            gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

            quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

            Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

            obtidos segundo o modelo do tipo

            y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

            Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

            declive e a a ordenada na origem

            Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

            linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

            Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

            Resultados e Discussatildeo

            80

            Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

            Declive (microgL V) b=

            985139

            Ordenada na origem (V) a= -1558656

            Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

            09993

            Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

            Desvio padratildeo associado a a Sa=

            779502

            Desvio padratildeo associado a b Sb=

            14091

            Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

            Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

            Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

            Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

            Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

            Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

            Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

            laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

            adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

            O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

            o declive) for inferior a 5

            A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

            O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

            Resultados e Discussatildeo

            81

            Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

            bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

            que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

            do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

            Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

            bibliografia

            O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

            a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

            incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

            as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

            superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

            dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

            deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

            assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

            forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

            termos de concentraccedilatildeo

            313 Precisatildeo do Meacutetodo

            A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

            independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

            condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

            Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

            refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

            utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

            A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

            entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

            (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

            valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

            Resultados e Discussatildeo

            82

            Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

            Concentraccedilotildees medidas microgL

            Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

            microgL

            Dia 1 83 645 1203

            Dia 2 106 579 1205

            Dia 3 109 606 1109

            Dia 4 125 591 1190

            Dia 5 108 568 1148

            Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

            Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

            CV = S x () 139 50 35

            Erro relativo 64 03 171

            O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

            50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

            erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

            acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

            maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

            demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

            314 Exactidatildeo

            A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

            Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

            na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

            anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

            2006)

            Resultados e Discussatildeo

            83

            Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

            amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

            contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

            Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

            Tabela B5 do Anexo B

            Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

            Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

            1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

            Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

            A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

            do padratildeo adicionado

            A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

            Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

            degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

            de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

            obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

            Resultados e Discussatildeo

            84

            Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

            Amostras contaminadas

            Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

            1 485 485

            2 376 376

            3 458 458

            Meacutedia 440 440

            Desvio padratildeo 57 57

            Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

            degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

            44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

            interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

            315 Incerteza Global

            A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

            fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

            foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

            A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

            combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

            de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

            erro que mais contribuem

            Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

            incerteza global

            Resultados e Discussatildeo

            85

            Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

            Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

            Incerteza associada agrave precisatildeo U3

            Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

            A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

            expressatildeo

            (Equaccedilatildeo 15)

            Em que U representa a incerteza global em

            3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

            Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

            (Equaccedilatildeo 16)

            Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

            preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

            Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

            A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

            balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

            Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

            confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

            (EurachemCITAC Guide 2000)

            (Equaccedilatildeo 17)

            Resultados e Discussatildeo

            86

            Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

            As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

            fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

            obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

            Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

            micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

            Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

            Balotildees Volumeacutetricos

            Incerteza (u) 0010 0024 0041

            Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

            Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

            Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

            Soluccedilatildeo matildee M1

            Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

            incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

            da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

            =00098 (Equaccedilatildeo 18)

            Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

            As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

            Tabela 40

            Resultados e Discussatildeo

            87

            A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

            calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

            da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

            (Equaccedilatildeo 19)

            Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

            Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

            matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

            Concentraccedilatildeo BaP microgL

            Concentraccedilatildeo mgL

            Incerteza U

            Volume (mL)

            Incerteza micropipeta

            U Volume

            (mL)

            Incerteza absoluta u (mL)

            U1 padrotildees

            1 10 100E-02 100 0100 140

            10 10 100E-02 10 0025 142

            40 40 930E-03 10 0025 137

            60 60 890E-03 10 0025 134

            100

            10 00098

            100 800E-03 10 0025 129

            3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

            Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

            pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

            (Equaccedilatildeo 20)

            Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

            calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

            do Anexo B

            (Equaccedilatildeo 21)

            Resultados e Discussatildeo

            88

            Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

            padratildeo neste caso n=2

            Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

            3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

            A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

            aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

            apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

            A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

            (Equaccedilatildeo 22)

            (Equaccedilatildeo 23)

            Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

            nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

            efectuados

            Resultados e Discussatildeo

            89

            Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

            Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

            n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

            Incerteza relativa (U3) 623 223 159

            3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

            A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

            realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

            (Equaccedilatildeo 24)

            Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

            nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

            Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

            Rmax 853 Rmin 714

            Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

            U4 008

            Resultados e Discussatildeo

            90

            3145 Incerteza Global Uglobal

            A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

            Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

            segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

            Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

            Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

            100 140 5676 1625 008 591

            1000 142 1074 630 008 125

            4000 137 250 284 008 40

            6000 134 164 217 008 30

            10000 129 126 161 008 24

            A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

            BaP na Figura 26

            Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

            Resultados e Discussatildeo

            91

            A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

            altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

            A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

            primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

            trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

            grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

            em estudos de degradaccedilatildeo

            Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

            incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

            ordem de grandeza

            A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

            prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

            (Equaccedilatildeo 26)

            Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

            Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

            matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

            imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

            No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

            propondo o seguinte

            Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

            corresponde a 120 microgKg)

            Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

            Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

            corresponde a 138 gKg)

            Resultados e Discussatildeo

            92

            As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

            expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

            concentraccedilotildees usadas

            Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

            Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

            segundo Thompson (2000) para o BaP

            Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

            segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

            da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

            Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

            vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

            incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

            caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

            seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

            para o aumento da incerteza global

            Resultados e Discussatildeo

            93

            Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

            incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

            Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

            32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

            De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

            degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

            concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

            Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

            degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

            baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

            que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

            Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

            do BaP de 10 microgL

            Resultados e Discussatildeo

            94

            321 Optimizaccedilatildeo do pH

            As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

            oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

            grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

            para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

            oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

            perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

            Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

            referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

            resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

            Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

            Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

            melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

            demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

            este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

            Resultados e Discussatildeo

            95

            322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

            Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

            temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

            eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

            e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

            A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

            (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

            diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

            31

            Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

            Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

            reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

            as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

            mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

            que os restantes ensaios

            Resultados e Discussatildeo

            96

            As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

            como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

            de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

            a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

            qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

            15 minutos de reacccedilatildeo

            323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

            O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

            aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

            baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

            realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

            concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

            de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

            pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

            realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

            ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

            degradaccedilatildeo

            Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

            de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

            apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

            experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

            de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

            Resultados e Discussatildeo

            97

            Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

            Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

            Resultados e Discussatildeo

            98

            Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

            as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

            eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

            escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

            resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

            se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

            como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

            ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

            324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

            O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

            peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

            Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

            Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

            concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

            estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

            degradaccedilatildeo obtidos

            Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

            escala)

            Resultados e Discussatildeo

            99

            Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

            Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

            Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

            Resultados e Discussatildeo

            100

            Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

            mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

            e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

            uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

            50 mgL

            Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

            5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

            Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

            flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

            caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

            Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

            Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

            de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

            Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

            pH 35

            Temperatura ordmC 40

            Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

            Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

            [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

            [H2O2][Fe2+] (massa) 133

            Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

            M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

            [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

            trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

            Resultados e Discussatildeo

            101

            Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

            bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

            degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

            nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

            Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

            [BaP] microgL

            Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

            final microgL Correcccedilatildeo de

            volume BaP microgL CC0

            0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

            15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

            10

            90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

            foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

            que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

            algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

            Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

            de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

            satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

            melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

            concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

            325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

            Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

            10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

            elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

            Resultados e Discussatildeo

            102

            Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

            de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

            Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

            concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

            Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

            aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

            uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

            diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

            em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

            Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

            (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

            caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

            necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

            molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

            Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

            estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

            Resultados e Discussatildeo

            103

            facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

            concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

            o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

            Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

            reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

            os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

            nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

            baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

            de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

            a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

            tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

            do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

            aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

            A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

            causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

            bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

            Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

            mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

            satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

            satildeo de degradar

            Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

            104

            4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

            O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

            poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

            o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

            estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

            Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

            obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

            literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

            A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

            concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

            106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

            meacutedia de 1171 microgL

            Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

            por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

            foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

            Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

            valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

            consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

            1 microgL)

            Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

            oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

            BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

            usadas satildeo miacutenimas

            Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

            105

            Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

            hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

            aumentavam

            Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

            de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

            [H2O2]=50 mgL

            Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

            Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

            pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

            limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

            reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

            que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

            realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

            encontradas no ambiente em amostras aquosas

            Sugestotildees Futuras

            Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

            complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

            recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

            na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

            (The statistical Discovery Software)

            Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

            exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

            completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

            tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

            Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

            106

            Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

            com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

            reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

            degradaccedilatildeo

            No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

            econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

            provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

            Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

            PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

            possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

            mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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            Zhou J L Maskaoui K (2003) Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in

            Water and Surface Sediments from Daya Bay China Environmental Pollution 121

            269ndash281

            Zhu L Chen B Wang J Shen H (2004) Pollution Survey of Polycyclic Aromatic

            Hydrocarbons in Surface Water of Hangzhou China Chemosphere 56 1085ndash1095

            Zhu L Chen B Wang J Shen H (2004) Pollution Survey of Polycyclic Aromatic

            Hydrocarbons in Surface Water of Hangzhou China Chemosphere 56 1085ndash1095

            Bibliografia

            124

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            Journal of Hazardous Materials 150 308ndash316

            Anexo A

            125

            Anexo A

            Efeitos do Benzo(a)Pireno

            Anexo A

            126

            Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

            Newborne Mouse Intraperitonial 3 dias +pulmotildees Levin et al 1984

            Hamster Intratraquial 30 semanas - Sellakumar and Shubik 1974

            Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

            Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

            Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

            Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

            Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

            Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

            Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

            Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

            Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

            Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

            Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

            Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

            Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

            Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

            Anexo B

            127

            Anexo B

            Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

            Anexo B

            128

            Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

            de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

            Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

            Aacuterea (Volt)

            Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

            1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

            2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

            3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

            4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

            5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

            6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

            7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

            8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

            9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

            10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

            11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

            12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

            13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

            14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

            15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

            16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

            17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

            18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

            Anexo B

            129

            Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

            Aacuterea (Volts)

            Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

            1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

            2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

            3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

            4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

            5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

            6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

            7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

            8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

            9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

            10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

            11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

            12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

            13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

            14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

            15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

            16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

            17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

            Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

            para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

            caacutelculo de incertezas

            Anexo B

            130

            Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

            BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

            1 480671 305098 392885 1241489 316

            10 8255030 8127357 8191194 902784 11

            40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

            60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

            100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

            Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

            Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

            (volts) A meacutedia BaP

            (microgL) Aacuterea

            (volts) A meacutedia BaP

            (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

            (microgL)

            6747887 62519660 120393266

            6660841 62080551 120374984 1

            6521953

            6643560 83

            61340482

            61980231 645

            119429366

            120065872 1203

            9182202 55839580 120416512

            8638414 55769254 121282025 2

            8968918

            8929845 106

            54979771

            55529535 579

            119057903

            120252147 1205

            9247159 58859826 109950365

            9079287 57957932 111662157 3

            9358911

            9228452 109

            57618176

            58145311 606

            110763682

            110792068 1109

            11051272 57242886 118171990

            10407068 56680077 119331291 4

            10686850

            10715063 125

            56121956

            56681640 591

            118803050

            118768777 1190

            9525570 54447416 113571505

            9593865 54639472 114779189 5

            8161718

            9093718 108

            54128748

            54405212 568

            115723488

            114691394 1148

            Anexo B

            131

            Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

            Data Amostra Vamostra (micro l)

            VControlo100

            (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

            Aacuterea meacutedia Obtida

            (amostra+padratildeo)

            Area esperada

            Recuperaccedilatildeo

            14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

            Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

            1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

            2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

            Meacutedia 797

            20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

            Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

            3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

            4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

            Meacutedia 753

            26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

            Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

            5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

            6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

            7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

            8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

            9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

            Meacutedia 799

            Anexo B

            132

            Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

            Data Amostra Vamostra (micro l)

            VControlo100

            (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

            Aacuterea meacutedia Obtida

            (amostra+padratildeo)

            Area esperada

            Recuperaccedilatildeo

            09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

            Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

            10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

            11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

            12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

            13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

            Meacutedia 714

            14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

            14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

            15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

            16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

            Meacutedia 853

            Anexo B

            133

            Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

            Data Amostra Padratildeo BaP microgL

            Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

            Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

            meacutedia

            Area esperada Rec

            21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

            1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

            2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

            3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

            Meacutedia 485

            01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

            4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

            Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

            5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

            Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

            Anexo B

            134

            Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

            X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

            20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

            99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

            384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

            1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

            Meacutedia 422 40014214

            Soma 63968

            Anexo C

            135

            Anexo C

            Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

            Anexo C

            136

            Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

            Dados

            M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

            M (Na2SO3) (gmol) 12602

            M (Fe2+) (gmol) 558

            M H2O2 (gmol) 34

            H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

            Volume reactor (ml) 260

            Dados das variaacuteveis

            Volume de amostra (ml) 100

            Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

            [H2O2] (mgL) 104

            [BaP] (microgL) 10

            Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

            de 104 mgL

            Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

            Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

            m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

            sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

            m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

            Anexo C

            137

            Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

            1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

            m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

            Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

            na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

            Anexo C

            138

            Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

            Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

            Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

            do BaP microgL Correcccedilatildeo de

            volume BaP microgL CC0

            0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

            0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

            1 35

            90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

            2 59

            90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            139

            Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

            Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

            degradaccedilatildeo

            Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

            3 30

            60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

            0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

            0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

            4 40

            90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            140

            Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

            Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

            Concentraccedilatildeo final do BaP

            microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

            5 50

            90 ND ND ND 1000 000 000 000

            0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

            6 70

            90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            141

            Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

            Experiecircncia [Fe2+] mgL

            Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

            [BaP]

            final microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            7 20

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

            8 275

            90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            142

            Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

            Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

            0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

            15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            9 300

            90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

            15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

            10 375

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

            15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            11 500

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            143

            Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

            Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

            [BaP] final microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

            15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            12 50

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

            15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            13 150

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            144

            Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

            Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

            [BaP] final microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

            15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

            14 225

            90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

            15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

            15 375

            90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            145

            Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

            Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

            final microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

            15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

            16 10

            90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

            15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

            17 20

            90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

            Anexo C

            146

            Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

            Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

            final microgL

            Correcccedilatildeo de volume BaP

            microgL CC0

            0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

            15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

            18 60

            90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

            15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

            19 100

            90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

            • Capa
            • Agradecimentos
            • Resumo
            • Abstract
            • Iacutendice geral
            • Iacutendice de tabelas
            • Iacutendice de figuras
            • Abreviaturas
            • 1 Introduccedilatildeo
            • 2 Parte experimental
            • 3 Resultados e discussatildeo
            • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
            • 5 Bibliografia
            • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
            • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
            • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

              v

              Iacutendice Geral

              Resumo i

              Abstract iii

              Iacutendice Geral v

              Iacutendice de Tabelas vii

              Iacutendice de Figuras xii

              Abreviaturas xv

              1 Introduccedilatildeo 1

              11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno 3

              111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente 5

              112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno 8

              113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno 13

              114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica 13

              115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 17

              12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 19

              121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica 19

              122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado 28

              123 Fotodegradaccedilatildeo 29

              124 Oxidaccedilatildeo 30

              125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada 33

              1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton 39

              126 Processos Combinados 54

              1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo 54

              vi

              13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

              57

              2 Parte Experimental 63

              21 Metodologia 63

              22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

              23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

              3 Resultados e Discussatildeo 74

              31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

              311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

              312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

              313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

              314 Exactidatildeo 82

              315 Incerteza Global 84

              32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

              321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

              322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

              323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

              324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

              325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

              4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

              5 Bibliografia 107

              Anexo A 125

              Anexo B 127

              Anexo C 135

              vii

              Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

              2005)

              4

              Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

              e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

              6

              Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

              Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

              Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

              Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

              (Ravindra et al 2006)

              11

              Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

              2001 (Ravindra et al 2006)

              12

              Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

              Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

              Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

              Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

              Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

              (Mrozik et al 2002)

              22

              Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

              2000)

              23

              Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

              2000)

              25

              viii

              Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

              Cerniglia CE 1997)

              26

              Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

              Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

              tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

              (adaptado de Brown et al 2003)

              31

              Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

              Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

              processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

              37

              Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

              presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

              48

              Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

              resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

              50

              Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

              ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

              50

              Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

              tipos de matrizes

              52

              Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

              agrave degradaccedilatildeo do BaP

              56

              Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

              para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

              58

              Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

              Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

              M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

              67

              ix

              Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

              Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

              HPLCFLD

              68

              Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

              optimizaccedilatildeo do pH

              71

              Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

              optimizaccedilatildeo da temperatura

              71

              Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

              optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

              72

              Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

              optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

              73

              Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

              degradaccedilatildeo do BaP

              73

              Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

              Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

              o BaP

              82

              Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

              Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

              com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

              84

              Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

              micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

              incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

              86

              Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

              Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

              x

              Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

              Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

              Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

              incerteza

              90

              Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

              degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

              100

              Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

              microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

              Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

              de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

              126

              Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

              Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

              Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

              Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

              Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

              Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

              reagente de Fenton em 3 dias diferentes

              133

              Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

              HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

              134

              Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

              Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

              xi

              Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

              Fe2+

              141

              Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

              H2O2

              143

              Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

              condiccedilotildees oacuteptimas

              145

              xii

              Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

              Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

              2001)

              5

              Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

              Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

              (Ravindra et al 2006)

              11

              Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

              Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

              fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

              20

              Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

              persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

              33

              Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

              Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

              Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

              do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

              37

              Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

              com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

              (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              43

              Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

              Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

              de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              44

              xiii

              Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

              tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

              iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

              1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              44

              Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

              Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

              com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

              5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              47

              Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

              nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

              49

              Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

              aquosas

              64

              Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

              Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

              Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

              matrizes aquosas

              66

              Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

              construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

              75

              Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

              oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

              reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

              76

              Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

              Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

              Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

              Confianccedila)

              79

              xiv

              Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

              Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

              a passo e segundo Thompson para o BaP

              92

              Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

              Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

              94

              Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

              95

              Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

              apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

              97

              Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

              apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

              97

              Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

              apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

              99

              Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

              apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

              99

              Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

              concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

              Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

              H2O2=50 mgL

              102

              xv

              Abreviaturas

              Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

              ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

              AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

              BaP Benzo(a)Pireno

              [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

              BbF Benzo(b)fluoranteno

              BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

              CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

              CO2 Dioacutexido de Carbono

              Conc Concentraccedilatildeo

              CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

              CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

              ECD Detector de Captura de electrotildees

              EPA Environmental Protection Agency

              FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

              Fla Fenantreno

              FLD Fluorescecircncia

              GC Cromatografia Gasosa

              GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

              GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

              H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

              HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

              IC Intervalo de Confianccedila

              xvi

              ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

              ICb Intervalo de confianccedila do declive

              IPCS International Programme on Chemical Safety

              K Kelvin

              Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

              LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

              LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

              LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

              LCSS Limite de Controlo Superior Superior

              LD Limite de detecccedilatildeo

              LVI Large volume injection

              MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

              MASE Membrane assisted solvent extraction

              N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

              n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

              ND Natildeo detectado

              NQA Normas de Qualidade Ambiental

              PA Poliacrilato

              PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

              PDMS Polidimetilsiloxano

              PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

              R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

              Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

              Sb Desvio padratildeo associado ao declive

              Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

              xvii

              SBaP Desvio padratildeo do BaP

              SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

              SFE Supercritical Fluid Extraction

              SPE Solid Phase Extraction

              SPME Solid Phase MicroExtraction

              Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

              t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

              Tamb Temperatura ambiente

              TiO2 Oxido de titacircnio

              TOC Carbono Orgacircnico Total

              Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

              u Incerteza absoluta

              U Incerteza relativa

              U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

              U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

              U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

              U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

              US - EPA United States Environmental Protection Agency

              UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

              uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

              xi Concentraccedilatildeo de analito

              X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

              x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

              Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

              xviii

              y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

              yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

              λEm Comprimento de onda de emissatildeo

              λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

              Introduccedilatildeo

              1

              1 Introduccedilatildeo

              Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

              poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

              Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

              constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

              antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

              destes compostos (Lee et al 1981)

              Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

              (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

              identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

              um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

              As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

              1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

              e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

              Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

              particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

              Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

              distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

              (Finlayson-Pitts et al 1997)

              Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

              partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

              canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

              substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

              orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

              Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

              determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

              Introduccedilatildeo

              2

              Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

              seus autores (Costa 2001)

              A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

              ambientais e bioloacutegicas

              Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

              considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

              monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

              Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

              combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

              canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

              especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

              desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

              sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

              Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

              deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

              foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

              et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

              processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

              Fenton (Flotron et al 2005)

              Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

              matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

              posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

              necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

              temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

              optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

              Introduccedilatildeo

              3

              11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

              O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

              conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

              Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

              Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

              Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

              Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

              lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

              Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

              Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

              Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

              Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

              As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

              Composto muito pouco volaacutetil

              Natildeo tem odor

              Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

              Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

              parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

              Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

              Baixas pressotildees de vapor

              Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

              transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

              O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

              assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

              As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

              Introduccedilatildeo

              4

              Baixa solubilidade em aacutegua

              Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

              compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

              absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

              Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

              PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

              a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

              Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

              directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

              solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

              Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

              Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

              Foacutermula Molecular C20H12

              Estrutura Molecular

              CAS Number 50-32-8

              Massa Molecular (gmol) 2523093

              Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

              Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

              Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

              Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

              Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

              Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

              Log Kow (1) 650

              Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

              Introduccedilatildeo

              5

              111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

              Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

              e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

              combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

              maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

              subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

              O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

              atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

              em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

              Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

              O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

              na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

              especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

              Introduccedilatildeo

              6

              Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

              ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

              degradaccedilatildeo natural

              Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

              Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

              Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

              Volatilizaccedilatildeo

              Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

              Biodegradaccedilatildeo

              Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

              Solo Plantas Partiacuteculas

              Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

              Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

              Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

              e de diferentes zonas geograacuteficas

              Introduccedilatildeo

              7

              Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

              Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

              Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

              Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

              Rio Qiantang ND-1010 mgL

              Canal Hangzhou ND-6640 mgL

              Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

              Lago West ND-1022 mgL

              Zhu et al 2004

              Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

              Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

              Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

              Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

              Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

              Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

              Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

              Greacutecia

              Aacuteguas superficiais

              Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

              Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

              1064-11520 pgL

              Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

              500-7136 pgL

              Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

              Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

              Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

              01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

              2-50 ngL

              Dinamarca (Horsholm)

              Aacutegua de consumo humano 004 ngL

              Finlacircndia (Helsinquia)

              Aacutegua de consumo humano 005 ngL

              Dinamarca (Copenhaga )

              Aacutegua de consumo humano 005 ngL

              Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

              Manoli et al 1999

              Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

              Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

              Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

              Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

              Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

              Introduccedilatildeo

              8

              112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

              O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

              devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

              petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

              outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

              Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

              O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

              como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

              (Netto et al 2000)

              As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

              complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

              particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

              carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

              aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

              Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

              Introduccedilatildeo

              9

              Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

              Categoria Referecircncias

              Fontes estacionaacuterias

              Induacutestria de ferro Yang et al 1998

              Fontes moacuteveis

              Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

              Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

              Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

              Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

              Fontes de combustatildeo

              Fontes de combustatildeo Park et al 2002

              Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

              Fontes caseiras

              Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

              Queima de incenso Li e Ro 2000

              Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

              Introduccedilatildeo

              10

              Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

              Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

              Automoacuteveis

              ToyotaHilux 2099 microgKg

              AacutesiaTopic 16315 microgKg

              Mercedes Benz Sprinter F310D ND

              Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

              Abrantes et al 2004

              Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

              queimado

              01 tonano (Alemanha)

              Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

              Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

              IPCS 1998 Ravindra et al 2006

              Cinzas e fuligem de unidades residenciais

              Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

              Lenha de pinheiro 1747 mgKg

              Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

              Turfa 286 mgKg

              Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

              Kakareka et al 2005

              Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

              Emissotildees de combustatildeo

              Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

              Vidoeiro Seco 1096 microgm3

              Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

              Turfa ND

              Kakareka et al 2005

              Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

              legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

              BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

              um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

              a 164 tonano ateacute 2001

              Introduccedilatildeo

              11

              Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

              Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

              (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

              Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

              EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

              ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

              Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

              al 2006)

              Introduccedilatildeo

              12

              Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

              Introduccedilatildeo

              13

              113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

              A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

              tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

              O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

              fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

              e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

              2007)

              Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

              durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

              levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

              Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

              aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

              na pele (Luttrell et al 2007)

              O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

              inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

              provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

              mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

              aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

              114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

              A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

              irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

              vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

              deles ainda desconhecidos

              Introduccedilatildeo

              14

              Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

              associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

              aerossoacuteis atmosfeacutericos

              A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

              importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

              No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

              fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

              processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

              composto (IPCS 1998)

              O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

              em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

              Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

              podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

              humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

              BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

              processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

              Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

              Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

              microgKg Bibliografia

              Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

              Camargo et al 2003

              Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

              Camargo et al 2003

              Introduccedilatildeo

              15

              Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

              (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

              condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

              Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

              risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

              caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

              rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

              com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

              urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

              industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

              aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

              2000)

              A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

              ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

              considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

              durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

              (Netto et al 2000)

              A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

              anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

              normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

              benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

              que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

              sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

              causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

              importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

              ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

              seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

              compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

              com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

              et al 2000)

              Introduccedilatildeo

              16

              A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

              com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

              haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

              concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

              precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

              amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

              meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

              BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

              Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

              No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

              animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

              Introduccedilatildeo

              17

              115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

              Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

              haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

              incluindo ar aacutegua e solos

              Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

              que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

              aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

              de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

              Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

              Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

              de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

              Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

              2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

              Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

              valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

              Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

              mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

              Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

              que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

              nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

              A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

              de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

              Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

              vigor para aacutegua

              Introduccedilatildeo

              18

              Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

              DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

              4 PAHs 010 microgL DL 24301

              Benzo(a)Pireno 001 microgL

              DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

              WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

              A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

              qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

              directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

              Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

              costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

              (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

              efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

              ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

              No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

              ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

              para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

              e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

              Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

              interiores Outras aacuteguas de

              superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

              Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

              PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

              Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

              Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

              Benzo(ghi)perileno 191-24-2

              Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

              Introduccedilatildeo

              19

              12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

              No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

              oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

              pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

              adsorvido

              Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

              de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

              concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

              sedimentos)

              121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

              A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

              envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

              presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

              Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

              Temperatura

              pH

              Substacircncias toacutexicas

              Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

              de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

              microrganismos tolerantes aos poluentes

              Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

              existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

              adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

              envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

              de degradar o BaP

              Introduccedilatildeo

              20

              Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

              (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

              alguns desses microrganismos

              Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

              PAH Microrganismos

              Benzo(a)Pireno

              Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

              NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

              Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

              Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

              A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

              (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

              Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

              mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

              Introduccedilatildeo

              21

              Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

              As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

              molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

              2004)

              A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

              posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

              derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

              catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

              aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

              a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

              meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

              carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

              Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

              aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

              energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

              O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

              este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

              Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

              Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

              Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

              Introduccedilatildeo

              22

              Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

              Composto Bacteacuteria Metabolitos

              Cis-45-BaPdihidrodiol

              Cis-910-BaPdihidrodiol

              Cis-78- BaPdihidrodiol

              45-criseno-dicarboxilico aacutecido

              Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

              Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

              78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

              Benzo(a)Pireno

              Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

              78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

              Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

              culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

              presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

              Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

              com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

              concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

              quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

              uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

              Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

              O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

              Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

              contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

              Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

              Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

              succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

              Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

              foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

              Introduccedilatildeo

              23

              Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

              Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

              remoccedilatildeo

              CO2 produzido

              Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

              Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

              Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

              Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

              Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

              28

              32 dias

              Schneider et al 1996

              Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

              Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

              Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

              Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

              Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

              Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

              Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

              Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

              Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

              Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

              Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

              Introduccedilatildeo

              24

              Degradaccedilatildeo por Fungos

              Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

              capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

              transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

              no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

              Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

              chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

              BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

              1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

              Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

              enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

              Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

              detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

              elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

              Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

              acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

              preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

              dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

              Introduccedilatildeo

              25

              Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

              Fungos Substrato de crescimento

              QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

              remoccedilatildeo

              CO2 produzido

              Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

              Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

              Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

              Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

              Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

              Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

              Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

              Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

              Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

              Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

              Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

              Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

              Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

              Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

              Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

              Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

              Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

              Introduccedilatildeo

              26

              Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

              Composto Referecircncia Metabolitos

              Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

              Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

              Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

              Benzo(a)pyrene-16-quinone

              Benzo(a)pyrene-36-quinone

              Benzo(a)pyrene-612-quinone

              3-Hydroxybenzo(a)pyrene

              9-Hydroxybenzo(a)pyrene

              7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

              7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

              Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

              BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

              Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

              Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

              quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

              White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

              Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

              os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

              1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

              Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

              dihidrodiols

              Introduccedilatildeo

              27

              Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

              Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

              Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

              Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

              Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

              Grande variedade de PAHs

              acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

              --- --- Pickart et al 1999

              Solo

              White rot fungus Bjerkandera sp Strain

              BOS55 Benzo(a)Pireno

              Culturas puras e condiccedilotildees

              laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

              Solo com creosote

              Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

              Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

              VUO10 201

              Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

              Benzo(a)Pireno

              Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

              e fungos ---- Boonchan et al2000

              Introduccedilatildeo

              28

              122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

              poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

              equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

              simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

              mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

              Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

              graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

              extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

              Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

              por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

              baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

              irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

              O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

              superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

              carvatildeo activado satildeo

              Carvatildeo betuminoso

              Ossos

              Casca de coco

              Turfa

              Casca de noz

              Resiacuteduos de petroacuteleo

              Accediluacutecar

              Madeira

              Caroccedilo de azeitona

              Caroccedilo de pecircssego

              Introduccedilatildeo

              29

              A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

              presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

              a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

              quiacutemica da sua superfiacutecie

              A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

              liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

              poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

              Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

              leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

              particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

              atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

              123 Fotodegradaccedilatildeo

              A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

              pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

              processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

              quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

              solar (Ferrarese et al 2007)

              No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

              A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

              em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

              A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

              fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

              E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

              aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

              alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

              cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

              Introduccedilatildeo

              30

              Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

              metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

              Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

              124 Oxidaccedilatildeo

              A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

              hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

              O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

              no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

              compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

              Permanganato

              O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

              Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

              e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

              Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

              sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

              MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

              Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

              podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

              de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

              oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

              carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

              Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

              PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

              Introduccedilatildeo

              31

              Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

              introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

              problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

              na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

              manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

              formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

              Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

              (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

              Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

              permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

              desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

              A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

              Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

              minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

              Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

              para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

              Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

              Introduccedilatildeo

              32

              Persulfato

              O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

              persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

              persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

              Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

              seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

              parte de compostos orgacircnicos

              A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

              iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

              equaccedilatildeo 2

              S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

              bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

              A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

              Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

              efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

              todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

              reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

              instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

              mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

              oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

              Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

              os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

              PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

              de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

              Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

              amostras de solo (Figura 7)

              Introduccedilatildeo

              33

              Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

              (adaptado de Nadim et al 2005)

              125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

              Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

              descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

              Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

              se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

              mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

              Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

              (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

              orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

              por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

              Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

              velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

              TiO2)

              A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

              satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

              Tempo (horas)

              Introduccedilatildeo

              34

              A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

              compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

              intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

              finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

              apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

              O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

              utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

              toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

              dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

              Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

              Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

              Processos com Ozono Processos sem Ozono

              O3 a pH elevado H2O2 + UV

              O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

              O3 + H2O2 Ultra-sons

              O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

              O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

              O3 + TiO2 + H2O2

              O3 + Ultra-sons

              Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

              seguintes vantagens (Yin et al 1999)

              Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

              oxidante aquoso

              Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

              Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

              processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

              Introduccedilatildeo

              35

              O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

              local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

              descarga

              O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

              molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

              tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

              desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

              directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

              Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

              PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

              existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

              Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

              O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

              poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

              com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

              Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

              (Figura 8 e 9)

              Fotoacutelise directa

              Ozonizaccedilatildeo directa

              Oxidaccedilatildeo por radical

              Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

              com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

              Introduccedilatildeo

              36

              Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

              Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

              Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

              poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

              O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

              orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

              luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

              Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

              Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

              nas seguintes conclusotildees

              A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

              degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

              degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

              Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

              Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

              combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

              ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

              Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

              com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

              Introduccedilatildeo

              37

              Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

              Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

              pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

              2 104 443 412 145 27

              4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

              Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

              Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

              aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

              medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

              naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

              contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

              degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

              Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

              CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

              Introduccedilatildeo

              38

              Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

              De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

              em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

              vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

              A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

              destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

              por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

              poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

              Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

              quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

              H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

              A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

              processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

              A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

              apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

              com o H2O2

              Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

              A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

              decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

              H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

              Introduccedilatildeo

              39

              A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

              aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

              de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

              Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

              A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

              decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

              de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

              Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

              UVTiO2

              O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

              proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

              geradas espeacutecies oxidativas

              O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

              processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

              interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

              desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

              baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

              1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

              Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

              Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

              A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

              destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

              Introduccedilatildeo

              40

              de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

              substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

              oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

              aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

              reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

              Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

              distintas

              Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

              Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

              presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

              UV)

              Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

              a um catalisador metaacutelico

              O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

              e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

              (equaccedilatildeo 5)

              Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

              No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

              radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

              Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

              A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

              oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

              Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

              ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

              trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

              apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

              Introduccedilatildeo

              41

              consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

              as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

              Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

              H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

              Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

              minus (Equaccedilatildeo 9)

              Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

              + H+ (Equaccedilatildeo 10)

              Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

              O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

              muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

              mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

              autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

              radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

              RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

              As principais variaacuteveis do processo satildeo

              Quantidade de ferro

              Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

              Razatildeo entre Fe2+H2O2

              Concentraccedilatildeo de substrato

              Temperatura

              pH

              Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

              concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

              maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

              de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

              A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

              temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

              Introduccedilatildeo

              42

              oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

              das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

              Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

              De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

              de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

              excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

              Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

              um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

              que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

              Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

              progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

              concentraccedilatildeo do material orgacircnico

              Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

              Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

              e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

              hidroxilo

              A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

              sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

              razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

              (Equaccedilatildeo 13)

              Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

              degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

              (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

              Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

              Introduccedilatildeo

              43

              Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

              reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

              A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

              iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

              haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

              igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

              hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

              Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

              oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

              remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

              hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

              Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

              M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

              constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

              Introduccedilatildeo

              44

              Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

              reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

              seguido do Fluoreno (Figura 13)

              Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

              durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              Introduccedilatildeo

              45

              A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

              devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

              Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

              tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

              Efeito da temperatura

              A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

              temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

              quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

              tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

              Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

              ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

              Efeito do pH

              As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

              necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

              maximizar a eficiecircncia

              O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

              precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

              aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

              aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

              eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

              efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

              reutilizaccedilatildeo

              Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

              situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

              baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

              Introduccedilatildeo

              46

              Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

              (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

              isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

              Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

              Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

              sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

              pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

              diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

              depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

              atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

              A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

              descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

              peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

              em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

              Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

              de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

              aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

              Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

              de H2O2

              Tempo de reacccedilatildeo (min)

              Introduccedilatildeo

              47

              Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

              Efeito do tempo de reacccedilatildeo

              O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

              razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

              Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

              O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

              a seguinte finalidade

              Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

              Reduccedilatildeo da toxicidade

              Aumento da biodegradabilidade

              Reduccedilatildeo da cor e cheiro

              Remoccedilatildeo da CQOCBO

              Introduccedilatildeo

              48

              Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

              da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

              Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

              poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

              experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

              A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

              Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

              Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

              Experiecircncia Fe2+ (molL)

              H2O2 (molL)

              Fe2+sumPAHs (molmol)

              H2O2Fe2+ (molmol) PAH

              Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

              1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

              2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

              3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

              4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

              5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

              6 1610-4 3210-4

              (adiccedilatildeo em 2 passos

              155 2 Mistura - BaP

              Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

              Introduccedilatildeo

              49

              Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

              condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

              Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

              trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

              foram

              Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

              1510-5 M

              Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

              12

              As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

              pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

              Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

              conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

              Introduccedilatildeo

              50

              Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

              PAH Nordm composto

              Produto encontrado ou identificado

              tempo de retenccedilatildeo

              (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

              1 phthalic anhydrid 14

              2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

              3 acenaphthene 167

              4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

              6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

              10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

              12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

              Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

              verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

              do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

              apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

              estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

              Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

              economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

              em matizes aquosas

              Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

              Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

              PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

              Introduccedilatildeo

              51

              Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

              Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

              dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

              dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

              Introduccedilatildeo

              52

              Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

              Matriz PAH [BaP] T

              (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

              remoccedilatildeo Bibliografia

              Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

              BaP concentrado em etanol

              BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

              Solo BaP+ 17 PAHs 25

              10 ml de FeSO4= 10

              mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

              aneacuteis) Jonsson et al 2007

              Sedimentos BaP+16 PAHs

              1427 mgKg Tamb pH

              sedimento 4 ml de

              FeSO4= 05 M

              40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

              FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

              Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

              Lama

              BaP+2 PAHs 031

              mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

              asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

              Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

              Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

              Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

              Introduccedilatildeo

              53

              Vantagens e desvantagens do meacutetodo

              Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

              sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

              Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

              Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

              tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

              Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

              utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

              O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

              geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

              Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

              convencionais

              Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

              vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

              todas as classes de compostos orgacircnicos

              Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

              coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

              processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

              Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

              Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

              piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

              Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

              decomposto

              Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

              Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

              Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

              insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

              Introduccedilatildeo

              54

              O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

              potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

              redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

              aumento deste potencial

              126 Processos Combinados

              A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

              poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

              tratamento

              A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

              diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

              objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

              Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

              tais como

              Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

              Aumento da biodegradaccedilatildeo

              Custos

              Produccedilatildeo de resiacuteduos

              1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

              Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

              satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

              microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

              vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

              contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

              residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

              numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

              Introduccedilatildeo

              55

              Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

              lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

              A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

              mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

              conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

              A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

              entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

              o poacutes-tratamento

              A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

              A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

              mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

              Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

              funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

              oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

              propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

              BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

              Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

              Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

              2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

              em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

              tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

              552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

              Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

              processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

              Introduccedilatildeo

              56

              Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

              Carvatildeo activado Zhou et al 2005

              Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

              Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

              Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

              Persulfato Nadim et al 2005

              Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

              Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

              Custos elevados Difiacutecil manuseamento

              UVO3 Ledakowicz et al 2001

              Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

              UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

              Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

              O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

              UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

              Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

              AOPs

              Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

              Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

              Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

              Introduccedilatildeo

              57

              13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

              Soluccedilotildees Aquosas

              Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

              recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

              Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

              matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

              Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

              com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

              extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

              Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

              devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

              A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

              compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

              que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

              poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

              A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

              arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

              afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

              que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

              separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

              representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

              Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

              Introduccedilatildeo

              58

              Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

              Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

              arrasteFase moacutevel

              Fase moacutevel

              Caudal mlmin PAH

              BaP λ Exc (nm)

              BaP λ Em (nm)

              Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

              Tempo de retenccedilatildeo

              BaP (min) LD Bibliografia

              GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

              HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

              Hwang et al 2006

              GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

              GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

              HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

              Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

              microgL USEPA 550

              GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

              microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

              10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

              GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

              microgml Anyakora et al 2005

              HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

              14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

              LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

              mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

              ngL Rodil et al 2007

              HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

              ngL Zhu et al 2004

              HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

              ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

              HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

              Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

              monocloroacetato de soacutedio

              10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

              microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

              HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

              BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

              BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

              Introduccedilatildeo

              59

              Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

              Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

              arrasteFase moacutevel

              Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

              BaP λ Exc (nm)

              BaP λ Em (nm)

              Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

              Tempo de retenccedilatildeo

              BaP (min) LD Bibliografia

              HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

              BaP + 14 PAHs

              290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

              Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

              microgL Algarra et al 2005

              GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

              Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

              BaP + 15 PAHs

              BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

              microgml Anyakora et al 2006

              GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

              Aacutegua

              A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

              Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

              01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

              BaP=044 ngml Doong et al 2000

              GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

              Aacutegua

              30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

              Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

              5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

              BaP=024 ngml Doong et al 2000

              GCMS SBSE Matriz aquosa

              HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

              10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

              Kolahgar et al 2002

              GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

              DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

              Heacutelio 10 mlmin

              BaP + 26 PAHs

              0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

              ngL

              Fernandez-Gonzalez et al 2007

              GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

              BaP + 15 PAHs

              BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

              microgL Wei et al 2007

              LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

              52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

              Introduccedilatildeo

              60

              Cromatografia Gasosa

              O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

              concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

              niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

              compostos vestiacutegiais

              Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

              satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

              A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

              (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

              Espectrometria de Massa)

              A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

              da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

              coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

              substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

              detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

              feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

              A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

              dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

              permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

              principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

              (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

              compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

              estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

              Introduccedilatildeo

              61

              Cromatografia Liacutequida

              A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

              princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

              2003)

              Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

              envolvidos

              Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

              pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

              bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

              cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

              dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

              de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

              ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

              (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

              devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

              os solutos

              Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

              vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

              (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

              suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

              saindo da coluna separados uns dos outros

              Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

              colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

              liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

              Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

              diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

              utiliza

              Introduccedilatildeo

              62

              Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

              da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

              usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

              constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

              compatiacutevel para uma larga gama de solventes

              Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

              sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

              anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

              Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

              siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

              Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

              representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

              injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

              Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

              soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

              no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

              perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

              submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

              dissolvidos com heacutelio

              A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

              variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

              possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

              Parte Experimental

              63

              2 Parte Experimental

              21 Metodologia

              A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

              consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

              apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

              degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

              deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

              22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

              Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

              do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

              da metodologia usada

              221 Reagentes

              No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

              Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

              com grau de pureza de 999

              Etanol Absoluto (Panreac)

              Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

              Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

              HPLC

              Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

              Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

              apresentados na Tabela 26

              Parte Experimental

              64

              Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

              Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

              Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

              Etanol Absoluto Panreac

              Sulfito de Soacutedio Merck

              Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

              Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

              Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

              222 Equipamento

              Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

              A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

              com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

              apresentado na Figura 17

              Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

              Parte Experimental

              65

              Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

              cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

              Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

              A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

              os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

              cada 500 mL antes do arranque do equipamento

              A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

              software EZChrom Elite

              Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

              A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

              camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

              magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

              Legenda 1 ndash Reactor de camisa

              2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

              3 ndash Agitador magneacutetico

              4 ndash Barra magneacutetica

              5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

              6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

              Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

              Parte Experimental

              66

              Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

              aquosas

              223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

              A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

              constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

              500 mL

              224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

              Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

              Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

              mL

              Parte Experimental

              67

              Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

              Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

              soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

              Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

              Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

              Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

              Volume Total do padratildeo (ml)

              1 1 10 100 2 10 10 10

              3 40 40 10 4 60 60 10

              5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

              As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

              soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

              Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

              1 hora

              Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

              (micro l)

              Volume Total do padratildeo (ml)

              10 100 100 20 200 100

              60 600 100 100 1000 100

              Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

              volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

              exemplo de caacutelculo

              Parte Experimental

              68

              225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

              As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

              Tabela 29

              Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

              Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

              Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

              λem 405 nm

              Volume de injecccedilatildeo 50 microl

              Tempo anaacutelise 15 minutos

              226 Quantificaccedilatildeo

              O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

              calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

              controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

              Parte Experimental

              69

              23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

              Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

              quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

              A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

              fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

              variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

              relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

              231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

              Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

              oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

              Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

              Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

              do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

              Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

              mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

              De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

              40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

              regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

              padratildeo para anaacutelise

              Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

              soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

              Parte Experimental

              70

              De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

              de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

              mL para anaacutelise

              A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

              inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

              foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

              Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

              foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

              hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

              e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

              concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

              segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

              bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

              corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

              por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

              recolhidas

              Optimizaccedilatildeo do pH

              Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

              fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

              bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

              Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

              para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

              Parte Experimental

              71

              Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

              Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

              Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

              temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

              com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

              realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

              Fenton

              Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

              optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

              Parte Experimental

              72

              Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

              Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

              concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

              aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

              apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

              Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

              Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

              Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

              Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

              hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

              Parte Experimental

              73

              Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

              Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

              Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

              optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

              apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

              oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

              Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

              Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

              Resultados e Discussatildeo

              74

              3 Resultados e Discussatildeo

              No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

              vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

              BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

              BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

              31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

              A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

              estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

              isto eacute serve para o fim a que se destina

              Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

              Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

              Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

              Estimar a incerteza global associada ao resultado

              Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

              discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

              uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

              Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

              (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

              poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

              Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

              resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

              (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

              e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

              Resultados e Discussatildeo

              75

              Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

              efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

              robustez

              Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

              fiabilidade

              311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

              A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

              tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

              concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

              interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

              Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

              construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

              A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

              aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

              verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

              apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

              subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

              gama de comprimentos de onda utilizados

              BaP

              Resultados e Discussatildeo

              76

              Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

              constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

              por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

              para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

              Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

              apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

              degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

              10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

              Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

              Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

              dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

              controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

              Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

              Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

              Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

              Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

              BaP

              BaP

              Resultados e Discussatildeo

              77

              Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

              Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

              Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

              Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

              Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

              fluorescecircncia varia bastante no tempo

              Resultados e Discussatildeo

              78

              As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

              distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

              permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

              reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

              apenas a precisatildeo

              Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

              situaccedilotildees (ISO 82581993)

              Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

              Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

              Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

              Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

              Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

              proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

              Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

              do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

              encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

              No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

              valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

              controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

              recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

              (excluindo os fora de controlo)

              Resultados e Discussatildeo

              79

              312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

              Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

              gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

              quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

              Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

              obtidos segundo o modelo do tipo

              y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

              Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

              declive e a a ordenada na origem

              Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

              linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

              Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

              Resultados e Discussatildeo

              80

              Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

              Declive (microgL V) b=

              985139

              Ordenada na origem (V) a= -1558656

              Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

              09993

              Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

              Desvio padratildeo associado a a Sa=

              779502

              Desvio padratildeo associado a b Sb=

              14091

              Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

              Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

              Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

              Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

              Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

              Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

              Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

              laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

              adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

              O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

              o declive) for inferior a 5

              A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

              O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

              Resultados e Discussatildeo

              81

              Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

              bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

              que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

              do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

              Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

              bibliografia

              O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

              a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

              incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

              as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

              superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

              dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

              deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

              assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

              forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

              termos de concentraccedilatildeo

              313 Precisatildeo do Meacutetodo

              A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

              independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

              condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

              Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

              refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

              utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

              A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

              entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

              (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

              valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

              Resultados e Discussatildeo

              82

              Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

              Concentraccedilotildees medidas microgL

              Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

              microgL

              Dia 1 83 645 1203

              Dia 2 106 579 1205

              Dia 3 109 606 1109

              Dia 4 125 591 1190

              Dia 5 108 568 1148

              Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

              Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

              CV = S x () 139 50 35

              Erro relativo 64 03 171

              O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

              50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

              erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

              acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

              maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

              demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

              314 Exactidatildeo

              A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

              Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

              na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

              anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

              2006)

              Resultados e Discussatildeo

              83

              Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

              amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

              contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

              Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

              Tabela B5 do Anexo B

              Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

              Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

              1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

              Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

              A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

              do padratildeo adicionado

              A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

              Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

              degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

              de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

              obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

              Resultados e Discussatildeo

              84

              Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

              Amostras contaminadas

              Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

              1 485 485

              2 376 376

              3 458 458

              Meacutedia 440 440

              Desvio padratildeo 57 57

              Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

              degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

              44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

              interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

              315 Incerteza Global

              A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

              fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

              foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

              A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

              combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

              de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

              erro que mais contribuem

              Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

              incerteza global

              Resultados e Discussatildeo

              85

              Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

              Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

              Incerteza associada agrave precisatildeo U3

              Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

              A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

              expressatildeo

              (Equaccedilatildeo 15)

              Em que U representa a incerteza global em

              3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

              Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

              (Equaccedilatildeo 16)

              Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

              preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

              Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

              A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

              balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

              Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

              confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

              (EurachemCITAC Guide 2000)

              (Equaccedilatildeo 17)

              Resultados e Discussatildeo

              86

              Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

              As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

              fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

              obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

              Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

              micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

              Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

              Balotildees Volumeacutetricos

              Incerteza (u) 0010 0024 0041

              Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

              Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

              Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

              Soluccedilatildeo matildee M1

              Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

              incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

              da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

              =00098 (Equaccedilatildeo 18)

              Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

              As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

              Tabela 40

              Resultados e Discussatildeo

              87

              A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

              calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

              da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

              (Equaccedilatildeo 19)

              Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

              Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

              matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

              Concentraccedilatildeo BaP microgL

              Concentraccedilatildeo mgL

              Incerteza U

              Volume (mL)

              Incerteza micropipeta

              U Volume

              (mL)

              Incerteza absoluta u (mL)

              U1 padrotildees

              1 10 100E-02 100 0100 140

              10 10 100E-02 10 0025 142

              40 40 930E-03 10 0025 137

              60 60 890E-03 10 0025 134

              100

              10 00098

              100 800E-03 10 0025 129

              3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

              Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

              pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

              (Equaccedilatildeo 20)

              Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

              calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

              do Anexo B

              (Equaccedilatildeo 21)

              Resultados e Discussatildeo

              88

              Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

              padratildeo neste caso n=2

              Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

              3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

              A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

              aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

              apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

              A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

              (Equaccedilatildeo 22)

              (Equaccedilatildeo 23)

              Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

              nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

              efectuados

              Resultados e Discussatildeo

              89

              Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

              Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

              n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

              Incerteza relativa (U3) 623 223 159

              3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

              A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

              realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

              (Equaccedilatildeo 24)

              Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

              nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

              Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

              Rmax 853 Rmin 714

              Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

              U4 008

              Resultados e Discussatildeo

              90

              3145 Incerteza Global Uglobal

              A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

              Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

              segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

              Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

              Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

              100 140 5676 1625 008 591

              1000 142 1074 630 008 125

              4000 137 250 284 008 40

              6000 134 164 217 008 30

              10000 129 126 161 008 24

              A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

              BaP na Figura 26

              Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

              Resultados e Discussatildeo

              91

              A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

              altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

              A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

              primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

              trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

              grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

              em estudos de degradaccedilatildeo

              Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

              incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

              ordem de grandeza

              A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

              prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

              (Equaccedilatildeo 26)

              Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

              Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

              matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

              imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

              No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

              propondo o seguinte

              Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

              corresponde a 120 microgKg)

              Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

              Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

              corresponde a 138 gKg)

              Resultados e Discussatildeo

              92

              As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

              expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

              concentraccedilotildees usadas

              Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

              Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

              segundo Thompson (2000) para o BaP

              Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

              segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

              da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

              Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

              vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

              incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

              caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

              seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

              para o aumento da incerteza global

              Resultados e Discussatildeo

              93

              Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

              incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

              Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

              32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

              De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

              degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

              concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

              Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

              degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

              baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

              que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

              Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

              do BaP de 10 microgL

              Resultados e Discussatildeo

              94

              321 Optimizaccedilatildeo do pH

              As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

              oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

              grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

              para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

              oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

              perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

              Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

              referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

              resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

              Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

              Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

              melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

              demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

              este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

              Resultados e Discussatildeo

              95

              322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

              Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

              temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

              eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

              e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

              A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

              (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

              diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

              31

              Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

              Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

              reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

              as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

              mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

              que os restantes ensaios

              Resultados e Discussatildeo

              96

              As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

              como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

              de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

              a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

              qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

              15 minutos de reacccedilatildeo

              323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

              O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

              aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

              baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

              realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

              concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

              de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

              pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

              realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

              ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

              degradaccedilatildeo

              Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

              de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

              apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

              experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

              de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

              Resultados e Discussatildeo

              97

              Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

              Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

              Resultados e Discussatildeo

              98

              Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

              as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

              eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

              escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

              resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

              se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

              como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

              ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

              324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

              O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

              peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

              Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

              Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

              concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

              estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

              degradaccedilatildeo obtidos

              Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

              escala)

              Resultados e Discussatildeo

              99

              Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

              Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

              Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

              Resultados e Discussatildeo

              100

              Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

              mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

              e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

              uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

              50 mgL

              Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

              5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

              Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

              flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

              caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

              Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

              Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

              de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

              Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

              pH 35

              Temperatura ordmC 40

              Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

              Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

              [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

              [H2O2][Fe2+] (massa) 133

              Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

              M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

              [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

              trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

              Resultados e Discussatildeo

              101

              Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

              bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

              degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

              nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

              Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

              [BaP] microgL

              Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

              final microgL Correcccedilatildeo de

              volume BaP microgL CC0

              0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

              15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

              10

              90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

              foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

              que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

              algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

              Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

              de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

              satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

              melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

              concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

              325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

              Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

              10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

              elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

              Resultados e Discussatildeo

              102

              Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

              de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

              Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

              concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

              Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

              aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

              uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

              diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

              em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

              Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

              (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

              caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

              necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

              molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

              Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

              estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

              Resultados e Discussatildeo

              103

              facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

              concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

              o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

              Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

              reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

              os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

              nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

              baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

              de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

              a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

              tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

              do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

              aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

              A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

              causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

              bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

              Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

              mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

              satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

              satildeo de degradar

              Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

              104

              4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

              O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

              poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

              o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

              estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

              Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

              obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

              literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

              A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

              concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

              106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

              meacutedia de 1171 microgL

              Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

              por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

              foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

              Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

              valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

              consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

              1 microgL)

              Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

              oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

              BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

              usadas satildeo miacutenimas

              Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

              105

              Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

              hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

              aumentavam

              Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

              de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

              [H2O2]=50 mgL

              Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

              Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

              pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

              limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

              reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

              que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

              realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

              encontradas no ambiente em amostras aquosas

              Sugestotildees Futuras

              Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

              complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

              recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

              na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

              (The statistical Discovery Software)

              Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

              exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

              completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

              tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

              Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

              106

              Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

              com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

              reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

              degradaccedilatildeo

              No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

              econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

              provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

              Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

              PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

              possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

              mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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              Anexo A

              125

              Anexo A

              Efeitos do Benzo(a)Pireno

              Anexo A

              126

              Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

              Newborne Mouse Intraperitonial 3 dias +pulmotildees Levin et al 1984

              Hamster Intratraquial 30 semanas - Sellakumar and Shubik 1974

              Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

              Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

              Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

              Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

              Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

              Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

              Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

              Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

              Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

              Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

              Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

              Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

              Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

              Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

              Anexo B

              127

              Anexo B

              Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

              Anexo B

              128

              Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

              de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

              Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

              Aacuterea (Volt)

              Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

              1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

              2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

              3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

              4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

              5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

              6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

              7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

              8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

              9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

              10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

              11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

              12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

              13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

              14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

              15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

              16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

              17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

              18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

              Anexo B

              129

              Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

              Aacuterea (Volts)

              Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

              1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

              2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

              3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

              4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

              5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

              6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

              7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

              8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

              9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

              10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

              11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

              12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

              13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

              14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

              15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

              16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

              17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

              Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

              para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

              caacutelculo de incertezas

              Anexo B

              130

              Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

              BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

              1 480671 305098 392885 1241489 316

              10 8255030 8127357 8191194 902784 11

              40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

              60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

              100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

              Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

              Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

              (volts) A meacutedia BaP

              (microgL) Aacuterea

              (volts) A meacutedia BaP

              (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

              (microgL)

              6747887 62519660 120393266

              6660841 62080551 120374984 1

              6521953

              6643560 83

              61340482

              61980231 645

              119429366

              120065872 1203

              9182202 55839580 120416512

              8638414 55769254 121282025 2

              8968918

              8929845 106

              54979771

              55529535 579

              119057903

              120252147 1205

              9247159 58859826 109950365

              9079287 57957932 111662157 3

              9358911

              9228452 109

              57618176

              58145311 606

              110763682

              110792068 1109

              11051272 57242886 118171990

              10407068 56680077 119331291 4

              10686850

              10715063 125

              56121956

              56681640 591

              118803050

              118768777 1190

              9525570 54447416 113571505

              9593865 54639472 114779189 5

              8161718

              9093718 108

              54128748

              54405212 568

              115723488

              114691394 1148

              Anexo B

              131

              Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

              Data Amostra Vamostra (micro l)

              VControlo100

              (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

              Aacuterea meacutedia Obtida

              (amostra+padratildeo)

              Area esperada

              Recuperaccedilatildeo

              14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

              Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

              1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

              2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

              Meacutedia 797

              20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

              Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

              3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

              4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

              Meacutedia 753

              26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

              Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

              5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

              6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

              7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

              8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

              9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

              Meacutedia 799

              Anexo B

              132

              Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

              Data Amostra Vamostra (micro l)

              VControlo100

              (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

              Aacuterea meacutedia Obtida

              (amostra+padratildeo)

              Area esperada

              Recuperaccedilatildeo

              09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

              Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

              10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

              11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

              12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

              13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

              Meacutedia 714

              14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

              14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

              15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

              16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

              Meacutedia 853

              Anexo B

              133

              Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

              Data Amostra Padratildeo BaP microgL

              Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

              Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

              meacutedia

              Area esperada Rec

              21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

              1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

              2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

              3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

              Meacutedia 485

              01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

              4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

              Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

              5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

              Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

              Anexo B

              134

              Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

              X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

              20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

              99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

              384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

              1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

              Meacutedia 422 40014214

              Soma 63968

              Anexo C

              135

              Anexo C

              Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

              Anexo C

              136

              Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

              Dados

              M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

              M (Na2SO3) (gmol) 12602

              M (Fe2+) (gmol) 558

              M H2O2 (gmol) 34

              H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

              Volume reactor (ml) 260

              Dados das variaacuteveis

              Volume de amostra (ml) 100

              Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

              [H2O2] (mgL) 104

              [BaP] (microgL) 10

              Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

              de 104 mgL

              Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

              Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

              m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

              sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

              m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

              Anexo C

              137

              Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

              1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

              m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

              Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

              na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

              Anexo C

              138

              Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

              Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

              Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

              do BaP microgL Correcccedilatildeo de

              volume BaP microgL CC0

              0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

              0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

              1 35

              90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

              2 59

              90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              139

              Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

              Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

              degradaccedilatildeo

              Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

              3 30

              60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

              0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

              0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

              4 40

              90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              140

              Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

              Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

              Concentraccedilatildeo final do BaP

              microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

              5 50

              90 ND ND ND 1000 000 000 000

              0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

              6 70

              90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              141

              Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

              Experiecircncia [Fe2+] mgL

              Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

              [BaP]

              final microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              7 20

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

              8 275

              90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              142

              Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

              Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

              0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

              15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              9 300

              90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

              15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

              10 375

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

              15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              11 500

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              143

              Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

              Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

              [BaP] final microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

              15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              12 50

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

              15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              13 150

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              144

              Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

              Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

              [BaP] final microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

              15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

              14 225

              90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

              15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

              15 375

              90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              145

              Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

              Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

              final microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

              15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

              16 10

              90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

              15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

              17 20

              90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

              Anexo C

              146

              Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

              Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

              final microgL

              Correcccedilatildeo de volume BaP

              microgL CC0

              0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

              15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

              18 60

              90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

              15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

              19 100

              90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

              • Capa
              • Agradecimentos
              • Resumo
              • Abstract
              • Iacutendice geral
              • Iacutendice de tabelas
              • Iacutendice de figuras
              • Abreviaturas
              • 1 Introduccedilatildeo
              • 2 Parte experimental
              • 3 Resultados e discussatildeo
              • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
              • 5 Bibliografia
              • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
              • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
              • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

                vi

                13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em Soluccedilotildees Aquosas

                57

                2 Parte Experimental 63

                21 Metodologia 63

                22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 63

                23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton 69

                3 Resultados e Discussatildeo 74

                31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico 74

                311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 75

                312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo 79

                313 Precisatildeo do Meacutetodo 81

                314 Exactidatildeo 82

                315 Incerteza Global 84

                32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton 93

                321 Optimizaccedilatildeo do pH 94

                322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura 95

                323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+ 96

                324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio 98

                325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas 101

                4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro 104

                5 Bibliografia 107

                Anexo A 125

                Anexo B 127

                Anexo C 135

                vii

                Iacutendice de Tabelas Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L

                2005)

                4

                Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais

                e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

                6

                Tabela 3 - Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas 7

                Tabela 4 - Principais fontes de produccedilatildeo do BaP 9

                Tabela 5 - Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras 10

                Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP

                (Ravindra et al 2006)

                11

                Tabela 7 - Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a

                2001 (Ravindra et al 2006)

                12

                Tabela 8 - Concentraccedilatildeo do BaP encontradas em alimentos 14

                Tabela 9 - Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs 18

                Tabela 10 - Normas de Qualidade Ambiental (microgL) 18

                Tabela 11 - Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997) 20

                Tabela 12 - Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias

                (Mrozik et al 2002)

                22

                Tabela 13 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al

                2000)

                23

                Tabela 14 - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al

                2000)

                25

                viii

                Tabela 15 - Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de

                Cerniglia CE 1997)

                26

                Tabela 16 - Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos 28

                Tabela 17 - Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo com desvio padratildeo apoacutes

                tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo

                (adaptado de Brown et al 2003)

                31

                Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991) 34

                Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no

                processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP (Ledakowicz et al 2001)

                37

                Tabela 20 - Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton

                presentes em solos lamas e sedimentos (Flotron et al 2005)

                48

                Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras

                resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

                50

                Tabela 22 - Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente

                ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

                50

                Tabela 23 - Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes

                tipos de matrizes

                52

                Tabela 24 - Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis

                agrave degradaccedilatildeo do BaP

                56

                Tabela 25 - Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos

                para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

                58

                Tabela 26 - Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton 64

                Tabela 27 - Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee

                M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

                67

                ix

                Tabela 28 - Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton 67

                Tabela 29 - Condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP no

                HPLCFLD

                68

                Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para

                optimizaccedilatildeo do pH

                71

                Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

                optimizaccedilatildeo da temperatura

                71

                Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

                optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

                72

                Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

                optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

                73

                Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

                degradaccedilatildeo do BaP

                73

                Tabela 35 - Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP 80

                Tabela 36 - Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para

                o BaP

                82

                Tabela 37 - Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 83

                Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado

                com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

                84

                Tabela 39 - Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

                micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildees M1 e dos padrotildees do BaP

                incerteza da soluccedilatildeo matildee M1

                86

                Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP 87

                Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP 88

                x

                Tabela 42 - Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP 89

                Tabela 43 - Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP 89

                Tabela 44 - Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da

                incerteza

                90

                Tabela 45 - Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente de Fenton na

                degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

                100

                Tabela 46 - Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10

                microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 44 101

                Tabela A1 - Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias

                de administraccedilatildeo (ATSDR 2001)

                126

                Tabela B1 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL 128

                Tabela B2 - Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL 129

                Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP 130

                Tabela B4 - Resultados de Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico 130

                Tabela B5 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes 131

                Tabela B6 - Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com

                reagente de Fenton em 3 dias diferentes

                133

                Tabela B7 - Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do

                HPLC e para o caacutelculo de incerteza da calibraccedilatildeo

                134

                Tabela C1 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH 138

                Tabela C2 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura 139

                xi

                Tabela C3 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

                Fe2+

                141

                Tabela C4 - Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de

                H2O2

                143

                Tabela C5 - Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas

                condiccedilotildees oacuteptimas

                145

                xii

                Iacutendice de Figuras Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP 3

                Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al

                2001)

                5

                Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno 8

                Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005

                (Ravindra et al 2006)

                11

                Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983) 16

                Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias

                fungos e mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

                20

                Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe-EDTA catalisado com

                persulfato (adaptado de Nadim et al 2005)

                33

                Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilo 36

                Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs 36

                Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo

                do BaP CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

                37

                Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua

                com reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6 M

                (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                43

                Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do

                Fluoreno com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno

                de 5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                44

                xiii

                Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenofteno com o

                tempo durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees

                iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

                1510-5 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                44

                Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton 46

                Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo

                com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de

                5210-6 M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                47

                Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP

                nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

                49

                Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes

                aquosas

                64

                Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas 65

                Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental 65

                Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em

                matrizes aquosas

                66

                Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

                construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

                75

                Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 20 microgL apoacutes

                oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da

                reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

                76

                Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL 77

                Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL 77

                Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de

                Confianccedila)

                79

                xiv

                Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP 90

                Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo

                a passo e segundo Thompson para o BaP

                92

                Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global 93

                Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

                94

                Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

                95

                Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

                apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

                97

                Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees

                apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

                97

                Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

                apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

                99

                Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees

                apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

                99

                Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

                concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35

                Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de

                H2O2=50 mgL

                102

                xv

                Abreviaturas

                Aacuterea meacutedia do pico do Benzo(a)pireno

                ABaP Aacuterea do pico do Benzo(a)Pireno

                AOP Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados

                BaP Benzo(a)Pireno

                [BaP]inicial Concentraccedilatildeo inicial do Benzo(a)Pireno

                BbF Benzo(b)fluoranteno

                BOD Carecircncia Bioquiacutemica de Oxigeacutenio

                CAS Number Chemical Abstracts Service - Registry Numbers

                CO2 Dioacutexido de Carbono

                Conc Concentraccedilatildeo

                CQO Carecircncia Quiacutemica de Oxigeacutenio

                CVBaP Coeficiente de Variaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

                ECD Detector de Captura de electrotildees

                EPA Environmental Protection Agency

                FID Detector de ionizaccedilatildeo de chama

                Fla Fenantreno

                FLD Fluorescecircncia

                GC Cromatografia Gasosa

                GCEI Cromatografia Gasosa com impacto de electrotildees

                GCMS Cromatografia Gasosa com Espectrometria de Massa

                H2SO4 Aacutecido Sulfuacuterico

                HPLC Cromatografia Liacutequida de Alta Resoluccedilatildeo

                IC Intervalo de Confianccedila

                xvi

                ICa Intervalo de confianccedila da ordenada na origem

                ICb Intervalo de confianccedila do declive

                IPCS International Programme on Chemical Safety

                K Kelvin

                Kow Coeficiente de particcedilatildeo octanolaacutegua

                LCII Limite de Controlo Inferior Inferior

                LCIS Limite de Controlo Inferior Superior

                LCSI Limite de Controlo Superior Inferior

                LCSS Limite de Controlo Superior Superior

                LD Limite de detecccedilatildeo

                LVI Large volume injection

                MA-HS-SPME Microwave Assisted HeadSpace Solid Phase MicroExtraction

                MASE Membrane assisted solvent extraction

                N Nuacutemero de padrotildees utilizados na recta de calibraccedilatildeo

                n Nuacutemero de repeticcedilotildees para cada concentraccedilatildeo

                ND Natildeo detectado

                NQA Normas de Qualidade Ambiental

                PA Poliacrilato

                PAHs ou HPAs Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos

                PDMS Polidimetilsiloxano

                PDMSDVB Polidimetilsiloxano Divinilbenzeno

                R2 Coeficiente de correlaccedilatildeo

                Sa Desvio padratildeo associado agrave ordenada na origem

                Sb Desvio padratildeo associado ao declive

                Sbb Coeficiente de variaccedilatildeo do declive

                xvii

                SBaP Desvio padratildeo do BaP

                SBSE Stir Bar Sorptive Extraction

                SFE Supercritical Fluid Extraction

                SPE Solid Phase Extraction

                SPME Solid Phase MicroExtraction

                Syx Desvio padratildeo do ajuste linear

                t Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para n-2

                Tamb Temperatura ambiente

                TiO2 Oxido de titacircnio

                TOC Carbono Orgacircnico Total

                Tr Tempo de Retenccedilatildeo (min)

                u Incerteza absoluta

                U Incerteza relativa

                U1 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees

                U2 Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo

                U3 Incerteza associada agrave precisatildeo

                U4 Incerteza associada agrave exactidatildeo

                US - EPA United States Environmental Protection Agency

                UV Radiaccedilatildeo Ultra-Violeta

                uxo Incerteza associada agrave calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo x0 com a aacuterea y0

                xi Concentraccedilatildeo de analito

                X Concentraccedilatildeo meacutedia do Benzo(a)Pireno

                x Meacutedia aritmeacutetica das concentraccedilotildees de analito

                Aacuterea calculada pela recta de calibraccedilatildeo para a concentraccedilatildeo xi

                xviii

                y Meacutedia aritmeacutetica das aacutereas

                yi Aacuterea correspondente agrave concentraccedilatildeo xi

                λEm Comprimento de onda de emissatildeo

                λExc Comprimento de onda de excitaccedilatildeo

                Introduccedilatildeo

                1

                1 Introduccedilatildeo

                Nos uacuteltimos anos tem-se vindo a verificar uma maior preocupaccedilatildeo no controlo dos

                poluentes orgacircnicos pela comunidade cientiacutefica nomeadamente com os Hidrocarbonetos

                Policiacuteclicos Aromaacuteticos (PAHs ou HPAs) Os PAHs satildeo moleacuteculas orgacircnicas muito estaacuteveis

                constituiacutedas por 2 ou mais aneacuteis aromaacuteticos satildeo emitidos por fontes naturais e

                antropogeacutenicas As fontes antropogeacutenicas representam o principal processo de produccedilatildeo

                destes compostos (Lee et al 1981)

                Pode considerar-se como o iniacutecio da quiacutemica dos PAHs o isolamento do Benzo(a)Pireno

                (BaP) do carvatildeo em 1931 e subsequentemente a sua siacutentese no mesmo ano A sua

                identificaccedilatildeo como uma nova substacircncia quiacutemica em 1933 permitiu demonstrar que o BaP eacute

                um forte agente canceriacutegeno em animais (Finlayson-Pitts et al 1997)

                As primeiras provas dos riscos ocupacionais e ambientais dos PAHs foram obtidas em

                1922 pela demonstraccedilatildeo de que extractos orgacircnicos de fuligem eram canceriacutegenos em animais

                e tambeacutem pela actividade canceriacutegena do extracto de material particulado ambiental

                Posteriormente a actividade bioloacutegica foi tambeacutem observada em extractos de material

                particulado ambiental recolhido do smog fotoquiacutemico de Los Angeles (Costa 2001)

                Em 1970 o BaP (e outros PAHs) foi caracterizado como um agente canceriacutegeno de

                distribuiccedilatildeo mundial em ambientes respiraacuteveis e como constituinte de aerossoacuteis urbanos

                (Finlayson-Pitts et al 1997)

                Ainda nos anos 70 foi reconhecido o excesso de efeitos canceriacutegenos dos extractos de

                partiacuteculas atmosfeacutericas ateacute entatildeo atribuiacutedo ao BaP e demonstrado que a actividade

                canceriacutegena natildeo eacute somente devida a esta substacircncia mas tambeacutem agrave presenccedila de outras

                substacircncias orgacircnicas ainda desconhecidas Estas estatildeo presentes tambeacutem no material

                orgacircnico policiacuteclico de fontes de emissatildeo primaacuterias (Costa 2001)

                Tambeacutem nos anos 70 foi introduzido um meacutetodo muito sensiacutevel e eficaz para a

                determinaccedilatildeo do efeito mutageacutenico de substacircncias quiacutemicas por meio de bacteacuterias do geacutenero

                Introduccedilatildeo

                2

                Salmonella que ficaria conhecido como Teste de Ames - Salmonella em homenagem aos

                seus autores (Costa 2001)

                A partir desta eacutepoca muita atenccedilatildeo tem sido dada agrave avaliaccedilatildeo de PAHs em matrizes

                ambientais e bioloacutegicas

                Haacute mais de 100 compostos no grupo dos PAHs mas somente 16 deles foram

                considerados pela Environmental Protection Agency (EPA) como compostos prioritaacuterios para

                monitorizaccedilatildeo ambiental Sendo que Benzo(a)Pireno (BaP) ocupa o 7ordm lugar

                Este composto natildeo eacute produzido industrialmente mas resulta da combustatildeo incompleta de

                combustiacuteveis foacutesseis O BaP eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua e eacute um composto proacute

                canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua transformaccedilatildeo metaboacutelica

                especiacutefica Devido agrave sua fraca biodegradabilidade surge a necessidade de estudar e

                desenvolver processos de degradaccedilatildeo deste composto de forma a minimizar os riscos para a

                sauacutede puacuteblica bem como para o ambiente

                Vaacuterios cientistas debruccedilaram-se sobre este assunto e estudaram processos de conversatildeo

                deste composto essencialmente em solos e sedimentos Os processos de oxidaccedilatildeo estudados

                foram oxidaccedilatildeo quiacutemica com ozono (Haapea et al 2006) permanganato de potaacutessio (Brown

                et al 2003) persulfato (Nadim et al 2005) biodegradaccedilatildeo (Ye et al 1996) e alguns

                processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada utilizando O3UV (Ledakowicz et al 2001) e Reagente de

                Fenton (Flotron et al 2005)

                Neste trabalho foi proposto estudar a degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton em

                matriz aquosa Para atingir esse objectivo implementou-se a metodologia analiacutetica e

                posteriormente procedeu-se agrave sua validaccedilatildeo incluindo a estimativa da incerteza Foi

                necessaacuterio optimizar vaacuterias variaacuteveis da qual dependem o reagente de Fenton tal como pH

                temperatura concentraccedilatildeo de ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Soacute apoacutes esta

                optimizaccedilatildeo eacute que foram realizados ensaios com vaacuterias concentraccedilotildees de BaP

                Introduccedilatildeo

                3

                11 Caracteriacutesticas Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

                O Benzo(a)Pireno (BaP) eacute um PAH com 5 aneacuteis aromaacuteticos (Figura 1) Eacute tambeacutem

                conhecido por 14-Benzo(a)Pireno 34-Benzipireno 34-Benzopireno Benzopireno 34-

                Benzo(a)Pireno 67-Benzopireno 45-Benzo(a)Pireno e Benzo[def]criseno segundo

                Canadian Guidelines de 1997 A sua foacutermula quiacutemica eacute C20H12

                Figura 1 ndash Foacutermula da estrutura molecular do BaP

                Este composto ocupa o 9ordm lugar na lista de compostos prioritaacuterios publicada pela EPA A

                lista foi elaborada com base nas seguintes caracteriacutesticas

                Existecircncia de mais informaccedilatildeo sobre estes compostos

                Suspeitos de serem mais nocivos do que os restantes

                Exibirem efeitos nocivos que satildeo representativos de todos os outros

                Grande probabilidade de estarmos expostos a estes compostos

                As caracteriacutesticas gerais do BaP satildeo

                Composto muito pouco volaacutetil

                Natildeo tem odor

                Normalmente aparece em conjunto com outros PAHs

                Eacute praticamente insoluacutevel em aacutegua mas eacute soluacutevel em benzeno tolueno xileno e

                parcialmente soluacutevel em aacutelcool e metanol (Faust 1994)

                Pontos de fusatildeo e ebuliccedilatildeo elevados

                Baixas pressotildees de vapor

                Composto proacute canceriacutegeno isto eacute a sua actividade toacutexica depende da sua

                transformaccedilatildeo metaboacutelica especiacutefica

                O BaP tende a fixar-se a partiacuteculas soacutelidas devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas

                assim sendo eacute encontrado em maior concentraccedilatildeo no solo e sedimentos do que no ar ou aacutegua

                As propriedades que mais contribuem para este facto satildeo

                Introduccedilatildeo

                4

                Baixa solubilidade em aacutegua

                Coeficientes de particcedilatildeo octanolaacutegua (Kow) elevados o que faz com que estes

                compostos tenham grande afinidade lipofiacutelica o que indica que podem ser

                absorvidos por diversos tipos de tecidos bioloacutegicos

                Coeficiente de particcedilatildeo carbono orgacircnicoaacutegua elevados o que faz com que os

                PAHs em sistema aquoso tendam a concentrarem-se em sedimentos ou associados

                a mateacuteria orgacircnica em suspensatildeo (Netto et al 2000)

                Estudosrealizadoslaboratorialmentedemonstraramqueotempodemeiavidaestaacute

                directamente relacionado com log Kow e inversamente correlacionado com o log da

                solubilidadeemaacutegua(US - EPA 1995)

                Na Tabela 1 estatildeo apresentadas as propriedades fiacutesico-quiacutemicas do BaP

                Tabela 1 - Propriedades Fiacutesico-Quiacutemicas do Benzo(a)Pireno (Faust 1994 Santos L 2006) Propriedades Fiacutesico quiacutemicas do Benzo(a)Pireno

                Foacutermula Molecular C20H12

                Estrutura Molecular

                CAS Number 50-32-8

                Massa Molecular (gmol) 2523093

                Temperatura de fusatildeo (ordmC) 1781

                Temperatura de ebuliccedilatildeo (ordmC) 496

                Solubilidade na aacutegua a 25 ordmC (microgL) (1) 38

                Comprimento de onda de excitaccedilatildeo λExc (nm) 290-296

                Comprimento de onda de emissatildeo λEm (nm) 406-410

                Pressatildeo de vapor a 25 ordmC (KPa) (1) 7310-10

                Log Kow (1) 650

                Constante de Henry a 25 ordmC (kPa m3mol) (1) 3410-5 (1) IPCS 1998

                Introduccedilatildeo

                5

                111 Presenccedila do Benzo(a)Pireno no Meio Ambiente

                Na natureza o BaP resulta de fenoacutemenos naturais como erupccedilotildees vulcacircnicas e incecircndios

                e fenoacutemenos antropogeacutenicos como o derramamento de petroacuteleo queima incompleta de

                combustiacuteveis foacutesseis e resiacuteduos soacutelidos industriais sendo estes uacuteltimos os fenoacutemenos com

                maior impacto ambiental Tem sido identificado na aacutegua superficial aacutegua da chuva aacutegua

                subterracircnea e aacutegua residual (EPA 1991)

                O movimento global do BaP pode ser resumido da seguinte maneira O BaP libertado na

                atmosfera eacute sujeito a transporte de curto e longo alcance e eacute removido atraveacutes da deposiccedilatildeo

                em solos e sedimentos aacutegua ou vegetaccedilatildeo como esquematizado na Figura 2

                Figura 2 ndash Movimento global do BaP no meio ambiente (adaptado de Cohen et al 2001)

                O BaP eacute persistente no meio ambiente adsorve rapidamente ao solo e quando libertado

                na aacutegua adsorve fortemente aos sedimentos eou agrave mateacuteria orgacircnica Eacute bioacumulaacutevel

                especialmente nos organismos aquaacuteticos (Luttrell et al 2007)

                Introduccedilatildeo

                6

                Devido agraves suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas o BaP tende a acumular-se no meio

                ambiente da forma apresentada na Tabela 2 agrave qual estatildeo sujeitos a diferentes processos de

                degradaccedilatildeo natural

                Tabela 2 - Fontes de acumulaccedilatildeo do BaP nos diferentes tipos de matrizes ambientais e possiacuteveis processos naturais de degradaccedilatildeo (US - EPA 1995)

                Matriz Acumulaccedilatildeo Degradaccedilatildeo

                Aacutegua superficial Partiacuteculas suspensas Organismos aquaacuteticos

                Volatilizaccedilatildeo

                Fotoxidaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

                Biodegradaccedilatildeo

                Sedimentos Organismos aquaacuteticos Biodegradaccedilatildeo Fotoxidaccedilatildeo

                Solo Plantas Partiacuteculas

                Volatilizaccedilatildeo Oxidaccedilatildeo

                Fotoxidaccedilatildeo Biodegradaccedilatildeo

                Na Tabela 3 estatildeo apresentadas as concentraccedilotildees do BaP em diferentes matrizes aquosas

                e de diferentes zonas geograacuteficas

                Introduccedilatildeo

                7

                Tabela 3 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em diferentes matrizes aquosas

                Localizaccedilatildeo Matriz Origem Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

                Aacuteguas superficiais Rio 41-390 ngL China (Tianjin)

                Aacuteguas tratadas Rio 2-12 ngL Cao et al 2005

                Rio Qiantang ND-1010 mgL

                Canal Hangzhou ND-6640 mgL

                Rio Inland ND-6686 mgL China (Hangzhou) Aacuteguas superficiais

                Lago West ND-1022 mgL

                Zhu et al 2004

                Alemanha Rio Danuacutebio lt10 ngL

                Alemanha Rio Abach 10-40 ngL

                Alemanha Rio Elba 19-16 ngL

                Reino Unido Rio Tamisa 130-350 ngL

                Reino Unido Rio Severn 15-125 ngL

                Reino Unido Rio Trent 51-504 ngL

                Greacutecia Estuaacuterio do Rio Aliaacutekomon 086 ngL

                Greacutecia

                Aacuteguas superficiais

                Estuaacuterio do Rio Loudias 073 ngL

                Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 10-25 m)

                1064-11520 pgL

                Mar baacuteltico Aacutegua do mar Aacutegua Mar (profundidade 70-415 m)

                500-7136 pgL

                Greacutecia Aacutegua do mar Golfo Thermaikos 10-44 ngL

                Estados Unidos Aacutegua do mar Baia Chesapeake 016-048 ngL

                Aacutegua subterracircnea 02-69 ngL

                01-800 ngL Estados Unidos Aacutegua superficial

                2-50 ngL

                Dinamarca (Horsholm)

                Aacutegua de consumo humano 004 ngL

                Finlacircndia (Helsinquia)

                Aacutegua de consumo humano 005 ngL

                Dinamarca (Copenhaga )

                Aacutegua de consumo humano 005 ngL

                Noruega (Oslo) Aacutegua de consumo humano 029 ngL

                Manoli et al 1999

                Daya Bay China Aacuteguas superficiais Marina de aquacultura 13-4799 ngL Zhou et al 2003

                Franccedila Aacuteguas superficiais Rio Sena 03- 07 ngL Fernandes et al 1997

                Norte da Greacutecia Aacuteguas superficiais 06-17 ngL

                Norte da Greacutecia Aacutegua da chuva 13-44 ngL Manoli et al 2000

                Estados Unidos Aacuteguas superficiais Estuaacuterio do Rio York 009-494 ngL Countway et al 2003

                Introduccedilatildeo

                8

                112 Origem e Fontes Emissoras do Benzo(a)Pireno

                O BaP eacute muitas vezes resultado das descargas realizadas pelas refinarias e incineraccedilatildeo

                devido agrave combustatildeo incompleta e agrave queima descontrolada A queima de combustiacuteveis como

                petroacuteleo e seus derivados carvatildeo madeira entre outros tambeacutem produzem BaP e muitos

                outros poluentes atmosfeacutericos (Figura 3)

                Figura 3 ndash Formaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

                O BaP tambeacutem eacute oriundo de fontes tecnoloacutegicas tais como o motor de combustatildeo interna

                como o principal emissor destas substacircncias para o ambiente e a geraccedilatildeo de energia eleacutectrica

                (Netto et al 2000)

                As emissotildees provocadas pelo traacutefego tecircm uma grande importacircncia devido agrave

                complexidade e quantidade cada vez maior de compostos lanccedilados para atmosfera O material

                particulado emitido por veiacuteculos a diesel por exemplo eacute constituiacutedo principalmente por

                carbono elementar que actua como superfiacutecie de condensaccedilatildeo do BaP e de outros compostos

                aromaacuteticos Na Tabela 4 estatildeo apresentadas as principais fontes de produccedilatildeo do BaP e na

                Tabela 5 apresenta-se a concentraccedilatildeo do BaP emitida por diferentes fontes

                Introduccedilatildeo

                9

                Tabela 4 ndash Principais fontes de produccedilatildeo do BaP

                Categoria Referecircncias

                Fontes estacionaacuterias

                Induacutestria de ferro Yang et al 1998

                Fontes moacuteveis

                Emissatildeo de veiacuteculos a diesel Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999

                Emissatildeo de veiacuteculos a gasolina

                Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000 Ho et al 2002Caricchia et al 1999 Omar et al 2002

                Partiacuteculas soacutelidas perto da estrada (roadside) Omar et al 2002

                Fontes de combustatildeo

                Fontes de combustatildeo Park et al 2002

                Queima industrial de petroacuteleo Yang et al 1998 Kulkarni e Venkataraman 2000

                Fontes caseiras

                Queima de madeira Kulkarni e Venkataraman 2000

                Queima de incenso Li e Ro 2000

                Oacuteleo de cozinha Kulkarni e Venkataraman 2000

                Introduccedilatildeo

                10

                Tabela 5 ndash Concentraccedilotildees do BaP emitidas por diferentes tipos de fontes emissoras

                Fontes Emissoras Concentraccedilatildeo do BaP Bibliografia

                Automoacuteveis

                ToyotaHilux 2099 microgKg

                AacutesiaTopic 16315 microgKg

                Mercedes Benz Sprinter F310D ND

                Mercedes Benz Sprinter 122 microgKg

                Abrantes et al 2004

                Produccedilatildeo energia por combustiacutevel foacutessil 002 mgKg carvatildeo

                queimado

                01 tonano (Alemanha)

                Incineradores 0001 tonano (Alemanha)

                Produccedilatildeo de alumiacutenio 011 Kgton alumiacutenio

                IPCS 1998 Ravindra et al 2006

                Cinzas e fuligem de unidades residenciais

                Lenha de vidoeiro 3041 mgKg

                Lenha de pinheiro 1747 mgKg

                Desperdiacutecios de madeira 1904 mgKg

                Turfa 286 mgKg

                Desperdiacutecios domeacutesticos 1387 mgKg

                Kakareka et al 2005

                Cigarros Kentucky 79 ngcigarro Gmeiner et al 1997

                Emissotildees de combustatildeo

                Vidoeiro huacutemido 13 microgm3

                Vidoeiro Seco 1096 microgm3

                Desperdiacutecios de madeira 1304 microgm3

                Turfa ND

                Kakareka et al 2005

                Alguns paiacuteses jaacute adoptaram valores de referecircncia para o BaP no ar mesmo sem existir

                legislaccedilatildeo (Tabela 6) Na Figura 4 e Tabela 7 pretende-se mostrar a evoluccedilatildeo da produccedilatildeo do

                BaP em diferentes paiacuteses da Europa ao longo dos anos Relativamente a Portugal verificou-se

                um aumento de emissatildeo do BaP entre os anos 1993 e 1996 tendo-se mantido constante e igual

                a 164 tonano ateacute 2001

                Introduccedilatildeo

                11

                Tabela 6 - Padrotildees de qualidade de ar ambiental natildeo obrigatoacuterios para o BaP (Ravindra et al 2006)

                Paiacutes Valor Limite (ngm3)yy Valor Guia (meacutedia anual)

                (ngm3) Austraacutelia hellip 10 Beacutelgica 10 05 Croaacutecia 20 01 Alemanha hellip 10 Iacutendia hellip 5 Holanda 10 05 Franccedila 07 01 Itaacutelia 10 hellip

                Sueacutecia hellip 01 Reino Unido hellip 025 WHO hellip 10 EU 60 hellip

                EU hellip 10 y a ser conhecido em 2010 reduzindo 1 ngm3 todos os anos desde 2005 ateacute 2010 para chegar a 1 ngm3 em 2010 y valor para a quantidade total existente na fracccedilatildeo de PM10

                ψψ Valor limite natildeo deve ser excedido e deve-se evitar exceder o valor guia

                Figura 4 ndash Evoluccedilatildeo das emissotildees do BaP na Europa no periacuteodo de 1990 a 2005 (Ravindra et

                al 2006)

                Introduccedilatildeo

                12

                Tabela 7 ndash Avaliaccedilatildeo da emissatildeo do BaP (tonano) na Europa no periacuteodo de 1990 a 2001 (Ravindra et al 2006)

                Introduccedilatildeo

                13

                113 Toxicidade do Benzo(a)Pireno

                A toxicidade das substacircncias quiacutemicas eacute definida como a capacidade que a substacircncia

                tem para provocar efeitos bioloacutegicos adversos dependendo do tempo e do grau de exposiccedilatildeo

                O BaP eacute conhecido como irritante para o sistema respiratoacuterio Sendo um constituinte do

                fumo de tabaco quando expostos a este podem surgir sintomas como tosse corrimento nasal

                e expectoraccedilatildeo bem como dificuldades respiratoacuterias vertigens e naacuteuseas (Luttrell et al

                2007)

                Estudos realizados com animais expostos a uma determinada concentraccedilatildeo do BaP

                durante um intervalo curto de tempo levam a crer que possa causar danos na hemoglobina

                levando agrave anemia e supressatildeo do sistema imunitaacuterio dos humanos (Luttrell et al 2007)

                Este composto eacute tambeacutem irritante para a pele susceptiacutevel de provocar alergias e para

                aleacutem disso pode provocar alteraccedilatildeo de cor A exposiccedilatildeo agrave luz solar pode aumentar os efeitos

                na pele (Luttrell et al 2007)

                O Benzo(a)Pireno eacute um composto suspeito de provocar cancro nos humanos No entanto

                inuacutemeros estudos realizados com vaacuterias espeacutecies de animais mostraram que este composto

                provoca cancro por qualquer via que seja administrado Estudos epidemioloacutegicos tecircm vindo a

                mostrar uma clara associaccedilatildeo entre exposiccedilatildeo de misturas de PAHs contendo BaP e o

                aumento de risco de cancro pulmonar e outros tumores em humanos (Luttrell et al 2007)

                114 Efeitos do Benzo(a)Pireno na Sauacutede Puacuteblica

                A contaminaccedilatildeo de rios mares florestas e tambeacutem da atmosfera pode causar danos

                irreparaacuteveis agrave natureza e agrave sauacutede humana A acccedilatildeo maleacutefica dos PAHs sobre os organismos

                vivos pode ser exercida directamente e principalmente atraveacutes dos seus derivados muitos

                deles ainda desconhecidos

                Introduccedilatildeo

                14

                Os efeitos dos PAHs nomeadamente do BaP sobre a sauacutede humana estatildeo directamente

                associados ao mecanismo de contaminaccedilatildeo que ocorre principalmente atraveacutes da inalaccedilatildeo de

                aerossoacuteis atmosfeacutericos

                A exposiccedilatildeo humana (e de outros animais) ao BaP ocorre por diferentes vias As mais

                importantes satildeo a inalaccedilatildeo de ar poluiacutedo e a ingestatildeo de alimentos ou de aacutegua contaminada

                No caso dos seres humanos outros modos importantes de exposiccedilatildeo ao BaP satildeo o haacutebito de

                fumar a inalaccedilatildeo (passiva) do fumo do tabaco e a exposiccedilatildeo ocupacional em actividades e

                processos envolvendo a produccedilatildeo ou o manuseamento de mateacuterias-primas que contenham este

                composto (IPCS 1998)

                O BaP jaacute foi detectado em alimentos brutos (Tabela 7) e processados A presenccedila do BaP

                em alimentos brutos de origem vegetal deve-se principalmente agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica

                Animais aquaacuteticos como mexilhotildees e ostras que tendem a acumular BaP (e outros PAHs)

                podem eventualmente representar outra forma de transporte destes compostos aos seres

                humanos e a outros animais (Guilleacuten et al 1994) Em alimentos processados a presenccedila do

                BaP (e outros PAHs) estaacute associada ao alimento in natura ou ainda a alguma etapa de

                processamento como eacute o caso da defumaccedilatildeo ou fritura dos alimentos (Guilleacuten et al 1994)

                Tabela 8 ndash Concentraccedilotildees do BaP encontradas em alimentos

                Alimentos Concentraccedilatildeo do BaP

                microgKg Bibliografia

                Legumes Alface aacuterea Urbana 015 Alface aacuterea Rural ND Repolho aacuterea Urbana 020 Repolho aacuterea Rural 007 Tomates aacuterea Urbana 012 Tomates aacuterea Rural 008

                Camargo et al 2003

                Fruta Maccedilatilde ND-014 Pecircra ND-014 Uva ND

                Camargo et al 2003

                Introduccedilatildeo

                15

                Os efeitos da exposiccedilatildeo ao BaP dependem da dose do tempo de exposiccedilatildeo e da via

                (inalaccedilatildeo exposiccedilatildeo contacto deacutermico e ocular) da interacccedilatildeo com outros PAHs e das

                condiccedilotildees fiacutesicas do organismo

                Em virtude das suas propriedades fiacutesico-quiacutemicas e da grande distribuiccedilatildeo ambiental o

                risco de contaminaccedilatildeo humana por esta substacircncia eacute significativo De facto devido ao seu

                caraacutecter lipofiacutelico o BaP pode ser absorvido pela pele por ingestatildeo ou por inalaccedilatildeo sendo

                rapidamente distribuiacutedo pelo organismo A quantidade absorvida por inalaccedilatildeo varia de acordo

                com o grau de contaminaccedilatildeo atmosfeacuterico que estaacute directamente relacionado com a

                urbanizaccedilatildeo traacutefego de veiacuteculos (principalmente motores diesel) e com o tipo de

                industrializaccedilatildeo da aacuterea Em ambientes fechados o fumo do tabaco e as fontes de

                aquecimento podem contribuir para o aumento dos niacuteveis ambientais do BaP (Netto et al

                2000)

                A absorccedilatildeo deacutermica eacute bastante importante em algumas actividades industriais podendo

                ser responsaacutevel ateacute 90 da quantidade absorvida pelo organismo Os alimentos satildeo

                considerados outra importante fonte de exposiccedilatildeo humana tanto devido agrave formaccedilatildeo do BaP

                durante o cozimento quanto devido agrave deposiccedilatildeo atmosfeacuterica sobre gratildeos vegetais e frutas

                (Netto et al 2000)

                A elevada taxa de mortalidade (cerca de 65 milhotildees de pessoas morrem de cancro

                anualmente) e o facto dos tratamentos para estas doenccedilas serem dispendiosos demorados e

                normalmente trazerem muito sofrimento aos doentes expotildeem claramente os potenciais

                benefiacutecios que o conhecimento a avaliaccedilatildeo e o controle da exposiccedilatildeo humana as substacircncias

                que possuam actividade canceriacutegenamutageacutenica podem trazer particularmente quando se

                sabe que a grande maioria dos cancros resulta de interacccedilotildees geneacuteticas e ambientais sendo as

                causas externas (ambientais) em conjunto com factores de susceptibilidade adquirida as mais

                importantes No caso do BaP isto eacute feito geralmente atraveacutes da monitorizaccedilatildeo dos niacuteveis

                ambientais desta substacircncia do conhecimento das suas vias de penetraccedilatildeo no organismo do

                seu metabolismo bem como da avaliaccedilatildeo precoce dos seus efeitos bioloacutegicos Estes

                compostos satildeo capaz de reagir directamente ou apoacutes sofrerem transformaccedilotildees metaboacutelicas

                com o ADN (Figura 5) tornando-se potenciais canceriacutegenos e eficientes mutageacutenicos (Netto

                et al 2000)

                Introduccedilatildeo

                16

                A seriedade dos efeitos que a exposiccedilatildeo ao BaP pode ter sobre o organismo humano fez

                com que fosse dedicada especial atenccedilatildeo ao desenvolvimento de metodologias analiacuteticas

                haacutebeis para identificaccedilatildeo e determinaccedilatildeo de bio indicadores da concentraccedilatildeo absorvida da

                concentraccedilatildeo presente nos siacutetios de acccedilatildeo bioloacutegica criacuteticos assim como de quaisquer efeitos

                precoces Em todos os casos a variabilidade da composiccedilatildeo das misturas a complexidade das

                amostras e as baixas concentraccedilotildees que em geral foram observadas exigiram a utilizaccedilatildeo de

                meacutetodos analiacuteticos altamente selectivos e de elevada sensibilidade A exposiccedilatildeo humana ao

                BaP daacute-se principalmente atraveacutes da contaminaccedilatildeo ambiental (Netto et al 2000)

                Figura 5 ndash Metabolismo de activaccedilatildeo do BaP (IARC 1983)

                No Anexo A Tabela A1 encontram-se compilados vaacuterios estudos realizados com

                animais nos quais foi administrado BaP com a finalidade de observar os efeitos provocados

                Introduccedilatildeo

                17

                115 Legislaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

                Devido aacutes propriedades canceriacutegenas e mutageacutenicas que este composto pode apresentar

                haacute necessidade de um controlo regular nos alimentos e em vaacuterias matrizes ambientais

                incluindo ar aacutegua e solos

                Nas aacuteguas para consumo humano o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

                que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes nas

                aacuteguas superficiais natildeo pode exceder o valor de 10 microgL Os seis PAHs definidos no Decreto

                de Lei satildeo o Fluoranteno Benzo(b)fluoranteno Benzo(k)fluoranteno Benzo(a)Pireno

                Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno No entanto um valor mais apertado vem no

                Jornal Oficial da Comunidade Europeia directiva 9883CE do Conselho de 3 de Novembro

                de 1998 relativa agrave qualidade de aacutegua destinada ao abastecimento o qual foi transposto para o

                Direito Nacional atraveacutes do Decreto de Lei nordm 24301 de 5 de Setembro e entrou em vigor em

                2003 Segundo este decreto a soma das concentraccedilotildees de 4 PAHs (Benzo(b)fluoranteno

                Benzo(k)fluoranteno Benzo(ghi)perileno e o Indeno(123-cd)pireno) natildeo pode exceder o

                valor de 010 microgL Este mesmo decreto define um valor parameacutetrico de 001 microgL para

                Benzo(a)Pireno A revogar o Decreto Lei nordm 2432001 estaacute o Decreto Lei 3062007 que

                mantecircm os mesmos valores parameacutetricos para o BaP

                Relativamente agraves aacuteguas residuais o Decreto de Lei nordm 23698 de 1 de Agosto estabeleceu

                que a soma das concentraccedilotildees de seis Hidrocarbonetos Policiacuteclicos Aromaacuteticos presentes

                nestas aacuteguas natildeo pode exceder o valor de 100 microgL

                A Administraccedilatildeo da Sauacutede e Seguranccedila Ocupacional (OSHA) tem por limite 02 mgm3

                de PAHs no ar enquanto que na aacutegua varia entre 4-24 ngL (Lattuada S J 2005)

                Na Tabela 9 e 10 estatildeo compilados os valores de referecircncia para os PAHs e BaP em

                vigor para aacutegua

                Introduccedilatildeo

                18

                Tabela 9 ndash Legislaccedilatildeo aplicaacutevel ao BaP e PAHs Matriz Legislaccedilatildeo PAH Limite Aacuteguas Residuais DL 23698 BaP + 5PAHs 100 microgL

                DL 23698 BaP + 5PAHs 10 microgL

                4 PAHs 010 microgL DL 24301

                Benzo(a)Pireno 001 microgL

                DL3062007 Benzo(a)Pireno 001 microgL Aacuteguas de consumo

                WHO - Guidelines for Drinking water quality Benzo(a)Pireno 07 microgL

                A Proposta de Directiva do Parlamento Europeu e do Conselho relativa a normas de

                qualidade ambiental no domiacutenio da poliacutetica da aacutegua e que altera a Directiva 200060CE A

                directiva estabelece Normas de Qualidade Ambiental (NQA) diferenciando as Aacuteguas de

                Superfiacutecie Interiores (ASI) (rios e lagos) e Outras Aacuteguas de Superfiacutecie (OAS) (transitoacuterias

                costeiras e territoriais) Satildeo estabelecidos dois tipos de NQA concentraccedilotildees Meacutedias Anuais

                (MA) e Concentraccedilotildees Maacuteximas Admissiacuteveis (CMA) a primeira para a protecccedilatildeo contra

                efeitos croacutenicos e a longo prazo e a outra para os efeitos a curto prazo directos agudos e

                ecotoacutexicos respectivamente (Tabela 10)

                No grupo de substacircncias prioritaacuterias todas as (NQA) teratildeo de ser observadas para os

                ldquoHidrocarbonetos Aromaacuteticos Policiacuteclicosrdquo (PAHs) ou seja devem ser cumpridas a NQA

                para o Benzo(a)Pireno a NQA para a soma do Benzo(b)fluoranteno e do Benzo(k)fluoranteno

                e a NQA para a soma do Benzo(ghi)perileno e do Indeno(123-cd)pireno

                Tabela 10 ndash Normas de Qualidade Ambiental (microgL) Aacuteguas superfiacutecie

                interiores Outras aacuteguas de

                superfiacutecie Nome da substacircncia CAS MA CMA MA CMA

                Benzo(a)Pireno 50-32-8 005 01 005 01

                PAHs Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel Natildeo aplicaacutevel

                Benzo(b)fluoranteno 205-99-2

                Benzo(k)fluoranteno 207-08-9 sum=003 Natildeo aplicaacutevel sum=003 Natildeo aplicaacutevel

                Benzo(ghi)perileno 191-24-2

                Indeno(123cd)pireno 193-39-5 sum=0002 Natildeo aplicaacutevel sum=0002 Natildeo aplicaacutevel

                Introduccedilatildeo

                19

                12 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

                No meio ambiente o BaP eacute degradado por processos de biodegradaccedilatildeo fotoxidaccedilatildeo

                oxidaccedilatildeo quiacutemica e oxidaccedilatildeo avanccedilada O tempo necessaacuterio para que estes processos ocorram

                pode variar entre horas a anos dependendo do seu estado fiacutesico e do material ao qual estaacute

                adsorvido

                Por motivos de seguranccedila puacuteblica e ambiental eacute necessaacuterio acelerar os processos naturais

                de degradaccedilatildeo Muitos estudos tecircm vindo a ser realizados com o objectivo de reduzir a

                concentraccedilatildeo deste composto nas diferentes matrizes ambientais (ar aacutegua solos e

                sedimentos)

                121 Degradaccedilatildeo Bioloacutegica

                A degradaccedilatildeo bioloacutegica faz uso do potencial metaboacutelico dos microrganismos que pode

                envolver a utilizaccedilatildeo de culturas puras ou por bioestimulaccedilatildeo de microrganismos indiacutegenas

                presentes no solo eou nas aacuteguas contaminadas

                Os factores que afectam o crescimento microbiano satildeo

                Temperatura

                pH

                Substacircncias toacutexicas

                Atraveacutes do enriquecimento de culturas podem isolar-se microrganismos ou consoacutercios

                de microrganismos capazes de degradar PAHs e ao mesmo tempo competir com os

                microrganismos tolerantes aos poluentes

                Se natildeo existirem microrganismos indiacutegenas capazes de degradarem os poluentes ou se

                existirem em baixo nuacutemero pode ser necessaacuterio adicionar microrganismos activos e

                adequados ao poluente a degradar A aplicaccedilatildeo da degradaccedilatildeo bioloacutegica pode por isso

                envolver o uso de bacteacuterias ou consoacutercios de bacteacuterias disponiacuteveis comercialmente e capazes

                de degradar o BaP

                Introduccedilatildeo

                20

                Existe um elevado nuacutemero de microrganismos que tecircm sido estudados para degradar BaP

                (Bhatt et al 2002 Dean-Ross et al 2002 Canet et al 1999) Na Tabela 11 estatildeo listados

                alguns desses microrganismos

                Tabela 11 ndash Lista de microrganismos que degradam PAHs (Cerniglia 1992 1997)

                PAH Microrganismos

                Benzo(a)Pireno

                Bacteacuteria Beijerinckia sp Mycobacterium sp Pseudomonas

                NCIB 9816 Sphingomonas paucimobilis

                Fungos Chrysosporium pannorum Cunninghamella elegans

                Phanerochaete chrysosporium Stropharia coronilla

                A degradaccedilatildeo do BaP pode ocorrer por diferentes percursos metaboacutelicos e organismos

                (Figura 6) tais como bacteacuterias mamiacuteferos e fungos (Ladislatildeo et al 2004)

                Figura 6 ndash Diferentes percursos do metabolismo microbiano usados por bacteacuterias fungos e

                mamiacuteferos na degradaccedilatildeo do BaP (Ladislatildeo et al 2004)

                Introduccedilatildeo

                21

                Degradaccedilatildeo por Bacteacuterias

                As bacteacuterias oxidam inicialmente os PAHs incorporando ambos os aacutetomos de oxigeacutenio

                molecular no nuacutecleo do PAH originando a cis-dihidrodiol (dioxigenase) (Ladislatildeo et al

                2004)

                A oxidaccedilatildeo inicial do anel eacute geralmente a etapa limitante do processo A cis-dihidrodiol eacute

                posteriormente rearomatizada pela acccedilatildeo da enzima cis-dihidrodiol dihidrogenase originando

                derivados dihidroxilados Uma oxidaccedilatildeo mais completa do cis-dihidrodiol leva agrave formaccedilatildeo de

                catecol que satildeo substratos para outras dioxigenases que levam agrave quebra enzimaacutetica do anel

                aromaacutetico O catecol pode ser oxidado por dois mecanismos O mecanismo orto que envolve

                a quebra das ligaccedilotildees entre aacutetomos de carbono de dois grupos hidroxilos e o mecanismo

                meta que envolve a quebra de ligaccedilatildeo entre o aacutetomo de carbono com grupo hidroxilo e o

                carbono adjacente com grupo hidroxilo (Ladislatildeo et al 2004)

                Os produtos da quebra do anel seratildeo aacutecidos sucinico fumaacuterico piruacutevico aceacutetico e

                aldeiacutedos os quais satildeo utilizados pelos microrganismos para siacutentese de constituintes celulares e

                energia Um subproduto destas reacccedilotildees eacute CO2 e H2O (Ladislatildeo et al 2004)

                O Benzo(a)Pireno possui uma estrutura complexa assim sendo as bacteacuterias metabolizam

                este composto em muacuteltiplos locais para dar origem a isoacutemeros cis-dihidrodioacuteis (Van

                Herwijnen et al 2003 Juhasz et al 2000 Kanaly et al 2000)

                Na Tabela 12 estatildeo apresentados os metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por

                Mycobacterium sp RJGII-135 e Beijernickia strain B836

                Introduccedilatildeo

                22

                Tabela 12 ndash Metabolitos produzidos na degradaccedilatildeo do BaP por diferentes bacteacuterias (Mrozik et al 2002)

                Composto Bacteacuteria Metabolitos

                Cis-45-BaPdihidrodiol

                Cis-910-BaPdihidrodiol

                Cis-78- BaPdihidrodiol

                45-criseno-dicarboxilico aacutecido

                Cis-4-(7-hidroxipireno-8-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

                Cis-4-(hidroxipireno-7-il)-2-oxobut-3-anoico aacutecido

                78-dihidro-pireno-7-carboxilico aacutecido

                Benzo(a)Pireno

                Mycobacterium sp RJGII-135 Beijernickia strain B836

                78-dihidro-pireno-8-carboxilico aacutecido

                Na Tabela 13 estatildeo compilados vaacuterios estudos realizados com BaP em experiecircncias com

                culturas liacutequidas da qual se constatou que as bacteacuterias degradam BaP quando crescem na

                presenccedila de uma fonte de carbono alternativa

                Ye et al em 1996 observaram uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP na incubaccedilatildeo

                com Sphingmonas paucinobilis strain EPA505 Foi observada uma diminuiccedilatildeo de 5 na

                concentraccedilatildeo do BaP apoacutes 168 horas de incubaccedilatildeo na presenccedila de Fluoranteno No entanto

                quando satildeo adicionadas leveduras de cerveja ao meio Schneider et al em 1996a observaram

                uma diminuiccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP de 40 usando Mycobacterium sp na presenccedila de

                Fluoranteno e num periacuteodo de apenas 16 horas

                O BaP tem sido degradado por outras bacteacuterias incluindo Rhodococcus sp strain UW1

                Burkholderia cepacia Mycobacterium S maltophilia bem como por culturas mistas

                contendo Pseudomonas e Flavobacterium (Walter et al 1991 Juhasz et al 1997

                Schneider et al 1996 Stanley et al 1999 Trzesicka-Mlynarz e Ward 1995)

                Gibson et al em 1975 mostraram que Beijernickia strain B836 apoacutes crescimento em

                succinato na presenccedila de bifenilo oxidou o BaP a uma mistura de dihidrodiols

                Mycobacterium strain RJGII-135 tambeacutem forma dihidrodiols (Schneider et al 1996) que

                foram os mesmos que os obtidos inicialmente com Beijernickia strain B-836

                Introduccedilatildeo

                23

                Tabela 13 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por bacteacuterias (adaptado de Juhasz et al 2000)

                Bacteacuteria Substrato de crescimento Concentraccedilatildeo inicial do BaP

                remoccedilatildeo

                CO2 produzido

                Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

                Sphingomonas paucimobilis Fluoranteno 5 168 h Ye et al 1996

                Fluoranteno+levedura de cerveja 10 mgL 40 16 h

                Naftaleno+ Glucose 10 mgL 315 48 h Mycobacterium sp RJGII-135

                Leveduras de cerveja+peptona+goma 04 mgL 40

                28

                32 dias

                Schneider et al 1996

                Beijernickia strain B836 Succinate biphenyl 75 mgL 48 h Gibson et al 1975

                Cultura Mista (P putida P aeruginosa Flavobacterium sp) Leveduras de cerveja+Fluoranteno 10 mgL 19 12 h Trzesicka-Mlynarz and Ward 1995

                Bacterium Marinho Peptona leveduras de cerveja goma 500 microgL 25 2 semanas Heitkamp and Cerniglia 1988

                Pseudomonas saccharophila P15 Fenantreno 10 mM 20-30 48 h Chen and Aiken 1999

                Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 14-62 56 dias Juhash et al 1997

                Burkholderia cepacia Pireno 50 mgL 20-30 63 dias Juhash et al 1996 1997

                Rhodococcus sp UW1 Pireno 250 mgL 11 2 semanas Walter et al 1991

                Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 012 70 dias Juhash 1997

                Stenotrophomonas maltophilia Pireno 50 mgL 32 56 dias Stanley et al 1999

                Pseudomonas species AgrobacteriumBacillus Burkholderia Sphingomonas

                Fenantreno 3-37 24 h Aitken et al 1998

                Introduccedilatildeo

                24

                Degradaccedilatildeo por Fungos

                Um grupo diverso de fungos lenhinoliticos e natildeo-lenhinoliticos tambeacutem mostraram

                capacidade para oxidar PAHs (Tabela 14) Destes alguns mostraram a capacidade de

                transformar BaP em metabolitos polares apoacutes crescimento com fontes alternativas de carbono

                no entanto apenas um nuacutemero muito reduzido consegue mineralizar BaP

                Diversos autores observaram remoccedilotildees do BaP de 90-99 apoacutes incubaccedilatildeo com P

                chrysosporium Pycnoponus cinnabarinus Trametes versicolor Bjerkandera sp strain

                BOS55 e Nematoloma frowardii (Sanglard et al 1986 Rama et al 1998 Majcherczyk et al

                1998 Kottermann et al 1998 e Sack et al 1997b)

                Alternativamente a oxidaccedilatildeo do BaP pode ser catalizada por diferentes mecanismos

                enzimaacuteticos envolvendo peroxidases e lacases extracelulares (Launen et al 1995

                Majcherczyk et al 1998) Por exemplo as quinonas 16 36 eou 612 de BaP tecircm sido

                detectadas como metabolitos polares resultantes da actividade de P chrysosporium C

                elegans A ochraceus T versicolor e P cinnabarinus (Haemmerli et al 1986 Cerniglia and

                Gibson 1980a Datta and Samanta 1988 Majcherczyk et al 1998 Rama et al 1998) A

                acumulaccedilatildeo de metabolitos do BaP apoacutes transformaccedilatildeo por fungos revela alguma

                preocupaccedilatildeo uma vez que os fungos monoxidases podem oxidar o BaP a epoacutexidos e

                dihidrodiols que satildeo potenciais compostos canceriacutegenos (Tabela 15)

                Introduccedilatildeo

                25

                Tabela 14 ndash Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno por fungos (adaptado de Juhasz et al 2000)

                Fungos Substrato de crescimento

                QuantidadeConcentraccedilatildeo inicial do BaP

                remoccedilatildeo

                CO2 produzido

                Tempo de incubaccedilatildeo Referecircncia

                Phanerochaete chrysosporium Glucose 150 nmol 99 1460 168 h Sanglard et al 1986

                Phanerochaete chrysosporium Glucose+aacutelcool 50 nmol 44-60 2 h Haemmerli et al 1986

                Phanerochaete chrysosporium Glucose 125 nmol 1168 pmol 30 dias Bumpus et al 1985

                Phanerochaete chrysosporium Glicerol 76 microgL 3 24 dias Baeclay et al 1995

                Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 184 96 h Cerniglia e Gibson 1980a

                Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 48 h Cerniglia e Gibson 1980b

                Cunninghamella elegans Sabouraud dextrose broth 531 micromol 24 h Cerniglia e Gibson 1980c

                Pleurotus ostreatus 019 11 dias Bazalel et al 1996

                Pleurotus sp Florida Palha de trigo 5-125 mgKg 39 15 semanas Wolter et al 1997

                Aspergillus ochraceus Sacarose + licor de milho 80 micromol 16-18 h Ghosh et al 1983

                Aspergillus ochraceus 04 mmol 48 h Datta and Samanta 1988

                Trametes versicolor Glucose 20 mgL 24 h Collins et al 1996

                Trametes versicolor 1-hidroxibenzotriazol 25 mmol 90 72 h Majcherczyk et al 1998

                Pycnoporus cinnabarinus 01 mmol 95 24 h Rama et al 1998

                Bjerkandera sp Strain BOS55 Extracto de Malte + Glucose 10 mgL 83 28 dias Field et al 1992

                Bjerkandera sp Strain BOS55 Glucose 50 mgL 47-98 3 - 4 dias Kottermann et al 1998 h - horas

                Introduccedilatildeo

                26

                Tabela 15 ndash Metabolitos produzidos da degradaccedilatildeo do BaP por Fungos (adaptado de Cerniglia CE 1997)

                Composto Referecircncia Metabolitos

                Benzo(a)pyrene trans-45-dihydrodiol

                Benzo(a)pyrene trans-78-dihydrodiol

                Benzo(a)pyrene trans-910-dihydrodiol

                Benzo(a)pyrene-16-quinone

                Benzo(a)pyrene-36-quinone

                Benzo(a)pyrene-612-quinone

                3-Hydroxybenzo(a)pyrene

                9-Hydroxybenzo(a)pyrene

                7b8a9a10b-tetrahydrobenzo(a)pyrene

                7b8a9a10b-tetrahydroxy-78910-tetrahydrobenzo(a)pyrene

                Benzo(a)pyrene 78-dihydrodiol-910-epoxide

                BaP Cerniglia e Gibson 1979 Cerniglia e Gibson 1980a b

                Glucuronide and Sulfate conjugates of hydroxylated intermediates

                Na Tabela 16 apresentam-se alguns estudos de biodegradaccedilatildeo com fungos em solos dos

                quais se constata que a maior percentagem de degradaccedilatildeo do BaP (74 ) foi obtida com

                White rot fungus Bjerkandera sp Strain BOS55 (Kotterman et al em 1998)

                Para aleacutem das bacteacuterias e dos fungos tambeacutem as algas podem degradar BaP Satildeo poucos

                os estudos que relatam a degradaccedilatildeo do BaP por algas poreacutem Lindquist e Warshawsky em

                1985 e Warshawsky et al em 1988 demonstraram a oxidaccedilatildeo do BaP por algas verdes

                Selanastum capricornutum Da degradaccedilatildeo do BaP resultou cis-45 78 910 e 1112-BaP-

                dihidrodiols

                Introduccedilatildeo

                27

                Tabela 16 ndash Biodegradaccedilatildeo do BaP em solos

                Tipo de Matriz Tipo Microrganismos PAHs Condiccedilotildees usadas Eficiecircncias Bibliografia

                Fungos Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1992

                Fungos ndash White rot Naftaleno e Benzo(a)Pireno --- --- Cerniglia 1984

                Fungo ndash Coriolopses gallica (lacase)

                Grande variedade de PAHs

                acenaftaleno fenantreno antraceno Benzo(a)Pireno bifenileno 2-metilantraceno

                --- --- Pickart et al 1999

                Solo

                White rot fungus Bjerkandera sp Strain

                BOS55 Benzo(a)Pireno

                Culturas puras e condiccedilotildees

                laboratoriais 74 Kotterman et al 1998

                Solo com creosote

                Fungo - Pleuroteus ostreatus 5 aneacuteis 7 semanas 48 Eggen 1999

                Solo Fungo natildeo lenhinolitico ndash Penicillium janthinelum

                VUO10 201

                Criseno benzo[a]antraceno dibenzo[ah]antraceno e

                Benzo(a)Pireno

                Inoculaccedilatildeo com co-culturas de bacteacuterias

                e fungos ---- Boonchan et al2000

                Introduccedilatildeo

                28

                122 Adsorccedilatildeo com Carvatildeo Activado Nas duas uacuteltimas deacutecadas tecircm-se desenvolvido muitos estudos sobre a distribuiccedilatildeo dos

                poluentes no meio ambiente em particular na aacutegua solos e sedimentos Nos modelos de

                equiliacutebrio desenvolvidos estima-se que a adsorccedilatildeo de contaminantes orgacircnicos se fizesse por

                simplificaccedilatildeo atraveacutes de uma isoteacutermica linear e reversiacutevel No entanto esta simplificaccedilatildeo

                mostrou-se inadequada quando se considera a ocorrecircncia de dessorccedilatildeo

                Os poluentes orgacircnicos possuem propriedades fiacutesicas e quiacutemicas distintas com variados

                graus de hidrofobicidade muitos deles satildeo resistentes agrave dessorccedilatildeo outros tecircm uma dessorccedilatildeo

                extremamente lenta podendo levar meses ou anos ateacute dessorverem do solo e dos sedimentos

                Os processos de dessorccedilatildeo dos contaminantes orgacircnicos satildeo caracterizados normalmente

                por duas fases distintas uma com uma raacutepida velocidade de dessorccedilatildeo e outra posterior de

                baixa velocidade de dessorccedilatildeo sugerindo a possibilidade de haver uma fracccedilatildeo de soluto

                irremediavelmente ligada ao solo ou ao sedimento

                O carvatildeo activado eacute definido como sendo um material poroso com grande aacuterea

                superficial capaz de adsorver substacircncias As mateacuterias-primas mais comuns na produccedilatildeo do

                carvatildeo activado satildeo

                Carvatildeo betuminoso

                Ossos

                Casca de coco

                Turfa

                Casca de noz

                Resiacuteduos de petroacuteleo

                Accediluacutecar

                Madeira

                Caroccedilo de azeitona

                Caroccedilo de pecircssego

                Introduccedilatildeo

                29

                A utilizaccedilatildeo de carvatildeo activado como adsorvente de poluentes orgacircnicos e inorgacircnicos

                presentes em aacuteguas eacute muito eficiente devido agraves suas excelentes propriedades nomeadamente

                a elevada aacuterea superficial estrutura porosa elevada capacidade de adsorccedilatildeo e a natureza

                quiacutemica da sua superfiacutecie

                A adsorccedilatildeo tem sido uma poderosa teacutecnica no tratamento e purificaccedilatildeo de gases e

                liacutequidos (efluentes domeacutesticos e industriais) No entanto tecircm sido usados para eliminaccedilatildeo de

                poluentes orgacircnicos sistemas de tratamento complexos e dispendiosos

                Zhou et al em 2005 realizaram testes de incineraccedilatildeo de resiacuteduos soacutelidos urbanos em

                leito fluidizado e adsorccedilatildeo com carvatildeo activado para PAHs e concluiacuteram que os PAHs em

                particular os de 5 aneacuteis (BaP) podiam ser eficientemente removidos da corrente gasosa

                atingindo eficiecircncias da ordem dos 91

                123 Fotodegradaccedilatildeo

                A Fotodegradaccedilatildeo eacute a transformaccedilatildeo quiacutemica de um composto em compostos mais

                pequenos provocada pela absorccedilatildeo de luz (visiacutevel ultravioleta ou infravermelho) Os

                processos fotoquiacutemicos de degradaccedilatildeo tecircm como princiacutepio a adiccedilatildeo de energia aos compostos

                quiacutemicos na forma de radiaccedilatildeo Alguns tratamentos satildeo facilitados quando expostos agrave luz

                solar (Ferrarese et al 2007)

                No entanto existe uma seacuterie de limitaccedilotildees para o uso deste tratamento

                A primeira delas eacute que os compostos orgacircnicos a serem eliminados absorvem a luz

                em competiccedilatildeo com outros compostos presentes na aacutegua a tratar

                A segunda eacute que os compostos orgacircnicos geram uma grande variedade de reacccedilotildees

                fotoquiacutemicas que podem produzir produtos mais difiacuteceis ainda de degradar

                E por fim nem toda a radiaccedilatildeo emitida pela fonte de radiaccedilatildeo eacute totalmente

                aproveitada apenas a radiaccedilatildeo absorvida e apenas uma parte dela produz

                alteraccedilotildees quiacutemicas o que quer dizer que algumas reacccedilotildees de fotodegradaccedilatildeo tecircm

                cineacuteticas de degradaccedilatildeo muito lentas

                Introduccedilatildeo

                30

                Para acelerar o processo outros oxidantes como peroacutexido de hidrogeacutenio eou ozono sais

                metaacutelicos ou semicondutores como TiO2 podem ser adicionados dando origem aos chamados

                Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilados (AOP) (Ferrarese et al 2007)

                124 Oxidaccedilatildeo

                A oxidaccedilatildeo geralmente utiliza um agente oxidante como o ozono (O3) peroacutexido de

                hidrogeacutenio (H2O2) permanganato (KMnO4-) dioacutexido de cloro (ClO2) cloro (Cl2) entre outros

                O ozono e o peroacutexido de hidrogeacutenio satildeo os oxidantes mais utilizados O ozono eacute utilizado

                no tratamento quer de aacuteguas quer de solos o peroacutexido de hidrogeacutenio eacute capaz de oxidar

                compostos orgacircnicos sendo os produtos finais da oxidaccedilatildeo CO2 e H2O (Kulik et al 2006)

                Permanganato

                O Permanganato (MnO4-) eacute um agente oxidante com um potencial de reduccedilatildeo de 17 V

                Tem-se mostrado um oxidante eficiente na remediaccedilatildeo de muitos hidrocarbonetos de petroacuteleo

                e tem sido largamente aplicado para tratamentos in situ e ex situ (Ferrarese et al 2007)

                Em sistema aquoso os sais de permanganato geram iotildees de permanganato (MnO4-) que

                sofrem a reacccedilatildeo de decomposiccedilatildeo apresentada na equaccedilatildeo 1

                MnO4minus + 4H+ + 3e-minusrarr MnO2(s) + 2H2O (Equaccedilatildeo 1)

                Quer o permanganato de potaacutessio (KMnO4) quer o permanganato de soacutedio (NaMnO4)

                podem ser usados em aplicaccedilotildees ambientais com resultados semelhantes Apesar do potencial

                de oxidaccedilatildeo padratildeo relativamente baixo os sais de permanganato satildeo considerados agentes

                oxidantes fortes capazes de quebrar moleacuteculas orgacircnicas que contecircm ligaccedilotildees duplas

                carbono-carbono grupos aldeiacutedos ou grupos hidroxilo (Ferrarese et al 2007)

                Os compostos que podem ser oxidados com permanganato incluem alcenos aromaacuteticos

                PAHs fenoacuteis pesticidas e aacutecidos orgacircnicos O pH oacuteptimo de oxidaccedilatildeo situa-se entre os 7 e 8

                Introduccedilatildeo

                31

                Devido agrave abundacircncia de Mn na crosta terrestre e agrave existecircncia natural de MnO2 no solo a

                introduccedilatildeo de KMnO4 no solo bem como a produccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com MnO2 natildeo seraacute um

                problema ambiental Comparado ao H2O2 o KMnO4 eacute tatildeo eficiente ou mesmo mais eficiente

                na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Aleacutem disso o KMnO4 eacute mais estaacutevel e mais faacutecil de

                manusear Uma das desvantagens seraacute a reduccedilatildeo da permeabilidade devido agrave possiacutevel

                formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2 (Yin et al 1999)

                Brown et al em 2003 realizaram um estudo em solo contaminado com seis PAHs

                (Antraceno167 mgkg Benzo(a )pireno 63 mgkg Criseno 65 mgkg Fenantreno 64 mgkg

                Fluoranteno 164 mgkg e Pireno 204 mgkg) no sentido de estudar a viabilidade do uso do

                permanganato como meacutetodo de reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo desses contaminantes Os resultados

                desse estudo demonstraram uma reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo

                A maior reduccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs no solo verificou-se para o Benzo(a)Pireno

                Pireno Fenantreno e Antraceno com 721 642 532 e 538 respectivamente em 30

                minutos de reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo com uma concentraccedilatildeo de 160 mM de KMnO4 (Tabela 17)

                Nas mesmas condiccedilotildees as reduccedilotildees miacutenimas obtidas foram registadas para o Fluoranteno e

                para o Criseno (134 e 78 respectivamente)

                Tabela 17 ndash Fracccedilatildeo residual de PAHs presente no solo (e desvio padratildeo respectivo) apoacutes tratamento com 160 mM de KMnO4 factores de correlaccedilatildeo linear da degradaccedilatildeo (adaptado de Brown et al 2003)

                Introduccedilatildeo

                32

                Persulfato

                O agente oxidante mais recentemente usado em aplicaccedilotildees ambientais eacute o persulfato O

                persulfato de soacutedio (Na2S2O8) eacute o composto mais usado uma vez que a baixa solubilidade do

                persulfato de potaacutessio (K2S2O8) limita a sua aplicaccedilatildeo como agente oxidante

                Os sais de persulfato dissociam-se dando origem a iotildees persulfato (S2O8-) que apesar do

                seu potencial normal de oxidaccedilatildeo ser 20 V eacute cineacuteticamente lento na destruiccedilatildeo da maior

                parte de compostos orgacircnicos

                A adiccedilatildeo de um metal como catalizador da reacccedilatildeo (por exemplo ferro) pode activar o

                iatildeo persulfato a produzir um oxidante mais forte radical livre de sulfato (SO4bull) segundo a

                equaccedilatildeo 2

                S2O82minus + Fe2+rarr 2SO4

                bull + Fe3+ (Equaccedilatildeo 2)

                A aplicaccedilatildeo de persulfato na oxidaccedilatildeo de PAHs estaacute actualmente muito pouco explorada

                Nadim et al em 2005 verificaram que a oxidaccedilatildeo com persulfato em meio aquoso

                efectivamente degradava os 16 PAHs incluiacutedos na lista de compostos prioritaacuterios da EPA Em

                todos os ensaios realizados com persulfato de soacutedio (5 gL) a diferentes temperaturas de

                reacccedilatildeo (30 40 e 50 ordmC) constataram uma reduccedilatildeo de PAHs abaixo do limite de detecccedilatildeo do

                instrumento (1 mgL) Os ensaios realizados agrave temperatura ambiente (20 ordmC) tambeacutem

                mostraram uma degradaccedilatildeo eficiente de PAHs o que nos leva a dizer que a reacccedilatildeo de

                oxidaccedilatildeo natildeo depende da temperatura

                Numa segunda experiecircncia efectuaram testes com Fe2+EDTA catalizada com persulfato

                os resultados mostraram-se promissores no que diz respeito agrave extensatildeo da degradaccedilatildeo dos

                PAHs Isto porque a existecircncia de Fe2+EDTA na oxidaccedilatildeo com persulfato acelera o consumo

                de iotildees persulfato Este processo mostrou a capacidade de degradar 75 a 100 de Fenantreno

                Pireno Fluoranteno Benzo(a)antraceno Benzo(a)Pireno Criseno e Benzo(a)fluoranteno nas

                amostras de solo (Figura 7)

                Introduccedilatildeo

                33

                Figura 7 ndash Degradaccedilatildeo de sete PAHs no solo com Fe2+EDTA catalisado com persulfato

                (adaptado de Nadim et al 2005)

                125 Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

                Devido aos riscos que o BaP representa para a sauacutede puacuteblica vaacuterias metodologias para

                descontaminaccedilatildeo das matrizes ambientais tecircm sido desenvolvidas Os Processos de Oxidaccedilatildeo

                Avanccedilada (AOP) tecircm-se evidenciado pela sua elevada capacidade de destruiccedilatildeo do BaP que

                se processam atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemicas e natildeo apenas na transferecircncia de fase

                mas tambeacutem pelas suas aplicabilidades em grande nuacutemero de matrizes ambientais

                Os Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada baseiam-se na formaccedilatildeo de radicais hidroxilo

                (HO) altamente oxidantes e capaz de reagir com praticamente todas as classes de compostos

                orgacircnicos e inorgacircnicos podendo levar agrave formaccedilatildeo de intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e

                por vezes agrave mineralizaccedilatildeo total dos poluentes (Schrank et al 2005)

                Normalmente estas reacccedilotildees necessitam de um ou mais catalizadores para aumentar a

                velocidade da reacccedilatildeo o que pode ser desde um ajuste de pH a um catiatildeo metaacutelico (Fe Mn

                TiO2)

                A oxidaccedilatildeo avanccedilada aplica-se geralmente em situaccedilotildees em que os compostos orgacircnicos

                satildeo natildeo biodegradaacuteveis toacutexicos ou que inibem o crescimento de microrganismos

                Tempo (horas)

                Introduccedilatildeo

                34

                A grande vantagem destes processos reside no facto de serem destrutivos isto eacute os

                compostos satildeo degradados atraveacutes de uma seacuterie de reacccedilotildees quiacutemica levando agrave formaccedilatildeo de

                intermediaacuterios mais biodegradaacuteveis e muitas vezes agrave mineralizaccedilatildeo total em que os produtos

                finais do tratamento satildeo CO2 H2O aacutecidos e sais inorgacircnicos Na Tabela 18 estatildeo

                apresentados vaacuterios tipos de Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

                O custo destes processos restringe muitas vezes a sua utilizaccedilatildeo por isso satildeo muito

                utilizados os meacutetodos de degradaccedilatildeo combinados onde se efectua a oxidaccedilatildeo para diminuir a

                toxicidade do poluente e posteriormente a bioremediaccedilatildeo Desta forma diminui-se a inibiccedilatildeo

                dos microrganismos (Higarasshi et al 2000)

                Tabela 18 - Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada (adaptado de Metcalf amp Eddy 1991)

                Processos de Oxidaccedilatildeo Avanccedilada

                Processos com Ozono Processos sem Ozono

                O3 a pH elevado H2O2 + UV

                O3 + UV H2O2 + UV + sais de ferro

                O3 + H2O2 Ultra-sons

                O3 + UV + H2O2 Foto-cataacutelise (UV + TiO2)

                O3 + TiO2 H2O2 + Fe2+ (Reagente de Fenton)

                O3 + TiO2 + H2O2

                O3 + Ultra-sons

                Comparando com outras tecnologias de oxidaccedilatildeo in situ a ozonizaccedilatildeo oferece as

                seguintes vantagens (Yin et al 1999)

                Eacute muito mais faacutecil introduzir ozono numa zona de contaminaccedilatildeo do que um

                oxidante aquoso

                Natildeo eacute necessaacuteria a volatilizaccedilatildeo da carga quiacutemica

                Na oxidaccedilatildeo in situ provavelmente seraacute mais raacutepido que a biodegradaccedilatildeo ou

                processos de arejamento reduzindo o tempo e custo de tratamento

                Introduccedilatildeo

                35

                O ozono eacute muito reactivo e corrosivo para os materiais por isso deve ser produzido no

                local Este reage rapidamente no subsolo e natildeo se espalha muito para aleacutem do ponto de

                descarga

                O uso de ozono eacute uma boa alternativa na remoccedilatildeo de PAHs pois devido agrave sua estrutura

                molecular estes reagem rapidamente com o ozono Um paracircmetro a controlar seraacute o pH que

                tem grande influecircncia na oxidaccedilatildeo quiacutemica dos PAHs com este oxidante A velocidade de

                desaparecimento dos PAHs diminui com o aumento de pH sugerindo-se que a ozonizaccedilatildeo

                directa eacute a principal reacccedilatildeo da decomposiccedilatildeo de PAHs (Haapea et al 2006)

                Neste tipo de reacccedilatildeo satildeo necessaacuterias 2 moleacuteculas de ozono para oxidar uma moleacutecula de

                PAH mas os produtos intermediaacuterios podem consumir muito mais ozono Actualmente

                existem tambeacutem combinaccedilotildees com luz UV

                Oxidaccedilatildeo com Ozono e UV

                O processo de ozonizaccedilatildeo tradicional pode natildeo ser efectivo na oxidaccedilatildeo de certos

                poluentes que reagem lentamente Para estes casos a taxa de oxidaccedilatildeo pode ser aumentada

                com a adiccedilatildeo de catalisadores um segundo oxidante eou radiaccedilatildeo ultravioleta e outros

                Este processo pode desenvolver trecircs caminhos para remoccedilatildeo de compostos orgacircnicos

                (Figura 8 e 9)

                Fotoacutelise directa

                Ozonizaccedilatildeo directa

                Oxidaccedilatildeo por radical

                Os radicais hidroxilo resultam da decomposiccedilatildeo do ozono devido aacute fotoacutelise e reacccedilotildees

                com o aniatildeo hidroacutexido (Hoigne et al 1998)

                Introduccedilatildeo

                36

                Figura 8 ndash Mecanismos de produccedilatildeo de radicais hidroxilos

                Figura 9 ndash Reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo de PAHs

                Este sistema contecircm trecircs componentes para produzir radicais HO eou para oxidar o

                poluente para a reacccedilatildeo subsequente radiaccedilatildeo UV ozono e peroacutexido de hidrogeacutenio

                O sistema de oxidaccedilatildeo UVO3 eacute eficiente para a oxidaccedilatildeo e destruiccedilatildeo de compostos

                orgacircnicos na aacutegua Basicamente consiste em saturar a soluccedilatildeo aquosa com O3 e irradiaacute-la com

                luz UV ao comprimento de onda de 2537 nm

                Experiecircncias realizadas por Ledakowicz et al em 2001 com Benzo(a)Pireno (BaP)

                Criseno (CHR) e Fluoreno (FLU) em soluccedilotildees aquosas utilizando sistema O3UV resultaram

                nas seguintes conclusotildees

                A ozonizaccedilatildeo combinada com a radiaccedilatildeo UV eacute um meacutetodo raacutepido e efectivo na

                degradaccedilatildeo dos PAHs referidos em ambiente aquoso A taxa mais elevada de

                degradaccedilatildeo eacute encontrada nas soluccedilotildees aacutecidas e a mais baixa nas soluccedilotildees alcalinas

                Em soluccedilatildeo neutra o BaP eacute mais oxidado pela fotoacutelise directa (Tabela 19)

                Dos 3 meacutetodos de degradaccedilatildeo de PAHs (O3 radiaccedilatildeo UV e O3UV) o processo

                combinado foi o mais efectivo A aplicaccedilatildeo deste sistema no lugar da ozonizaccedilatildeo

                ou fotoacutelise eacute aconselhaacutevel para aacuteguas naturais contendo BaP

                Ledakowicz et al em 2001 avaliaram a contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo fotoacutelise e reacccedilatildeo

                com radicais para o processo combinado O3UV durante a degradaccedilatildeo do BaP (Tabela 19)

                Introduccedilatildeo

                37

                Tabela 19 - Contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo directa fotoacutelise e reacccedilatildeo com radicais no processo combinado O3UV para a oxidaccedilatildeo do BaP [BaP]=47610-9 M =120 microgL (Ledakowicz et al 2001)

                Condiccedilotildees de degradaccedilatildeo do BaP C0=47610-9 M Yw=52 mgdm3 Qv=8 dm3h T= 293 K t=15 s kOH=2531010M-1s-1

                pH r01010 M s-1 γUV γO3 γOH COH1013 M

                2 104 443 412 145 27

                4 0974 595 331 74 11 7 093 749 246 05 006 9 0838 785 209 06 006 12 0679 879 74 47 037

                Sendo Co ndash Concentraccedilatildeo inicial Qv ndash Caudal volumeacutetrico YW ndash Quantidade de ozono no gaacutes de alimentaccedilatildeo t ndash Tempo k ndash Constante da reacccedilatildeo ro ndash Velocidade da reacccedilatildeo inicial γ ndash Contribuiccedilatildeo da reacccedilatildeo particular no processo

                Constataram que o processo que mais contribuiu para a degradaccedilatildeo foi a fotoacutelise

                aumentando com o aumento de pH Relativamente agrave contribuiccedilatildeo da ozonizaccedilatildeo esta baixou agrave

                medida que o pH aumentou Do ponto de vista praacutetico e porque grande parte das aacuteguas

                naturais tecircm pH proacuteximo do neutro foi importante verificarem que o processo que mais

                contribuiu para a degradaccedilatildeo do BaP foi a fotoacutelise A comparaccedilatildeo dos processos de

                degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP CHR e FLU estaacute apresentada na Figura 10

                Figura 10 - Comparaccedilatildeo dos processos de degradaccedilatildeo O3 UV e O3UV na oxidaccedilatildeo do BaP

                CHR e FLU (adaptado de Ledakowicz et al 2001)

                Introduccedilatildeo

                38

                Oxidaccedilatildeo com H2O2 UV

                De entre os processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada o processo com H2O2UV eacute o mais simples

                em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade A sua uacutenica desvantagem eacute a

                vulnerabilidade a interferecircncias pela absorccedilatildeo de radiaccedilatildeo UV dos componentes da soluccedilatildeo

                A degradaccedilatildeo dos poluentes neste caso deve-se a dois processos fotoacutelise directa e

                destruiccedilatildeo atraveacutes dos radicais hidroxilo A radiaccedilatildeo UV consegue produzir radicais hidroxilo

                por fotoactivaccedilatildeo do H2O2 Sem esta fotoactivaccedilatildeo o H2O2 natildeo consegue destruir os

                poluentes mais difiacuteceis de oxidar como o BaP

                Na equaccedilatildeo 3 apresenta-se o mecanismo mais bem aceite para a fotoacutelise do H2O2 que eacute a

                quebra da moleacutecula em radicais hidroxilo

                H2O2 2 HObull λle400 nm (Equaccedilatildeo 3)

                A grande vantagem deste processo relativamente ao uso de O3 eacute o facto de ser um

                processo barato de obtenccedilatildeo de radicais e elimina o problema de manuseamento do O3

                A maior desvantagem deste processo eacute ter baixa eficiecircncia de tratamento quando as aacuteguas

                apresentam absorvacircncias elevadas Quando isso acontece pode haver competiccedilatildeo da radiaccedilatildeo

                com o H2O2

                Oxidaccedilatildeo com O3H2O2

                A adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio ao ozono eacute outra maneira de acelerar a

                decomposiccedilatildeo do ozono conduzindo agrave formaccedilatildeo de radicais hidroxilo (equaccedilatildeo 4)

                H2O2 + 2O3 2 HObull + 3O2 (Equaccedilatildeo 4)

                Introduccedilatildeo

                39

                A vantagem deste sistema eacute que natildeo depende de radiaccedilatildeo UV assim sendo pode ser

                aplicado em soluccedilotildees aquosas com elevada turvaccedilatildeo Eacute relativamente faacutecil adaptar um sistema

                de O3 para o H2O2 basta adicionar um doseador

                Oxidaccedilatildeo com H2O2 Ozono UV

                A adiccedilatildeo de H2O2 ao processo O3UV tem como consequecircncia o aceleramento da

                decomposiccedilatildeo do ozono aumentando a taxa de produccedilatildeo de radicais HO Este eacute um processo

                de oxidaccedilatildeo muito poderoso que permite uma reduccedilatildeo consideraacutevel de Carbono Orgacircnico

                Total (TOC) (Rodriacuteguez 2003)

                UVTiO2

                O processo de foto cataacutelise heterogeacutenea consiste em utilizar uma radiaccedilatildeo do UV

                proacuteximo para excitar um semicondutor na presenccedila de oxigeacutenio Sobre estas condiccedilotildees satildeo

                geradas espeacutecies oxidativas

                O processo eacute heterogeacuteneo porque existem duas fases activas (soacutelida e liacutequida) Muitos

                processos cataliacuteticos tecircm sido estudados no entanto o TiO2 revelou-se ser o processo mais

                interessante bastante estaacutevel boa performance e baixo custo No entanto tem como

                desvantagens a separaccedilatildeo cataliacutetica da soluccedilatildeo perda do catalisador na mateacuteria orgacircnica e a

                baixa solubilidade do BaP em matrizes aquosas (Rodriacuteguez 2003)

                1251 Oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton

                Um outro processo utilizado para degradaccedilatildeo de PAHs eacute a oxidaccedilatildeo com Reagente de

                Fenton (mistura de peroacutexido de hidrogeacutenio e ferro actuando este uacuteltimo como catalisador)

                A oxidaccedilatildeo quiacutemica de compostos orgacircnicos pode ser parcial ou completa (conversatildeo

                destes compostos em dioacutexido de carbono e aacutegua sem a presenccedila de microrganismos) No caso

                Introduccedilatildeo

                40

                de uma oxidaccedilatildeo parcial os compostos originais podem ser parcialmente oxidados a

                substacircncias mais biodegradaacuteveis como aacutelcoois aldeiacutedos cetonas e aacutecidos carboxilicos A

                oxidaccedilatildeo quiacutemica pode ser utilizada como tratamento uacutenico ou como preacute tratamento

                aumentando a biodegradabilidade ou toxicidade de certos afluentes sendo estes entatildeo

                reencaminhados para outros tratamentos como por exemplo tratamento bioloacutegico

                Os processos de aplicaccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio dividem-se em trecircs categorias

                distintas

                Aplicaccedilotildees simples com injecccedilatildeo directa de peroacutexido

                Processos avanccedilados de oxidaccedilatildeo com a formaccedilatildeo de radicais hidroxilo sem a

                presenccedila de catalisadores metaacutelicos (por exemplo com utilizaccedilatildeo de ozono ou luz

                UV)

                Cataliacuteticas onde se enquadra o Reagente de Fenton e que compreendem o recurso

                a um catalisador metaacutelico

                O poder oxidante do reagente de Fenton proveacutem da divisatildeo da moleacutecula de H2O2 em OH-

                e radicais HO em meio aacutecido sendo o passo chave do processo a formaccedilatildeo desses radicais

                (equaccedilatildeo 5)

                Fe2+ + H2O2 rarr Fe3+ + OH- + HO (Equaccedilatildeo 5)

                No processo Foto-Fenton (UVH2O2+Fe2+) para aleacutem da equaccedilatildeo 5 formam-se tambeacutem

                radicais hidroxilos na presenccedila de radiaccedilatildeo UV de acordo com a equaccedilatildeo 6

                Fe(OH)2+ Fe2+ + HO2 + HO (Equaccedilatildeo6)

                A fotoacutelise necessita de baixos comprimentos de onda UV de elevada intensidade e de

                oxidantes quiacutemicos como o O3 ou H2O2 para que o tratamento seja eficaz

                Castro et al em 2001 concluiacuteram que quando se trabalha com um excesso de iotildees Fe2+

                ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees representadas nas equaccedilotildees 5 e 7 mas quando se

                trabalha com um excesso de H2O2 em meio aacutecido ocorrem preferencialmente as reacccedilotildees

                apresentadas nas equaccedilotildees 5 8 e 9 e as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 10 e 11 satildeo

                Introduccedilatildeo

                41

                consideradas desprezaacuteveis Por fim para concentraccedilotildees semelhantes de Fe2+ e H2O2 ocorrem

                as reacccedilotildees apresentadas nas equaccedilotildees 5 7 8 e 9 (Castro et al 2001)

                Fe2+ + HObull rarr Fe3+ + OHminus (Equaccedilatildeo 7)

                H2O2 + HObull rarr H2O + HO2bull (Equaccedilatildeo 8)

                Fe2+ + HO2bull rarr Fe3+ + HO2

                minus (Equaccedilatildeo 9)

                Fe2+ + HO2bull rarr Fe2+ + O2

                + H+ (Equaccedilatildeo 10)

                Fe3+ + H2O2 rarr Fe2+ + H+ + HO2bull (Equaccedilatildeo 11)

                O radical hidroxilo eacute uma espeacutecie com um tempo de semi-vida extremamente curto mas

                muito reactivo podendo ser sequestrado por outras espeacutecies como o Fe2+ (equaccedilatildeo 7) ou

                mesmo pelo H2O2 (equaccedilatildeo 8) Na ausecircncia de um substrato observa-se a decomposiccedilatildeo

                autocataliacutetica do peroacutexido de hidrogeacutenio em oxigeacutenio gasoso e aacutegua mas na sua presenccedila os

                radicais hidroxilo oxidam a mateacuteria orgacircnica (equaccedilatildeo 12)

                RH + HObull rarr Rbull+ H2O (Equaccedilatildeo 12)

                As principais variaacuteveis do processo satildeo

                Quantidade de ferro

                Quantidade peroacutexido de hidrogeacutenio

                Razatildeo entre Fe2+H2O2

                Concentraccedilatildeo de substrato

                Temperatura

                pH

                Mediante estudos realizados com vaacuterios compostos concluiu-se que o aumento da

                concentraccedilatildeo de ferro levava a um aumento da velocidade de remoccedilatildeo de poluentes ateacute um

                maacuteximo onde a adiccedilatildeo de mais ferro natildeo tem efeito na velocidade Eacute recomendada a presenccedila

                de algum ferro inicial na soluccedilatildeo de modo a permitir um tempo de reacccedilatildeo razoaacutevel

                A reacccedilatildeo eacute altamente exoteacutermica mas eacute tambeacutem favorecida pelo aumento de

                temperatura Para valores superiores a 40-50 ordmC o H2O2 decompotildee-se rapidamente em aacutegua e

                Introduccedilatildeo

                42

                oxigeacutenio diminuindo muito a eficiecircncia do processo Assim a gama oacuteptima para a maioria

                das aplicaccedilotildees seraacute entre 20 e 40 ordmC

                Efeito da concentraccedilatildeo do Ferro

                De um modo geral o catalisador apresenta-se sobre a forma de FeSO4 Geralmente a taxa

                de degradaccedilatildeo dos compostos aumenta com a concentraccedilatildeo inicial de ferro No entanto um

                excesso de ferro pode igualmente consumir os radicais hidroxilo prejudicando o processo

                Existe assim uma gama oacuteptima para a quantidade de catalisador a utilizar que corresponde a

                um equiliacutebrio entre a eficiecircncia do processo e o custo do reagente Normalmente os factores

                que podem influenciar a definiccedilatildeo da gama oacuteptima satildeo

                Um limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro entre 3 e 15 mgL para permitir o

                progresso da reacccedilatildeo num periacuteodo razoaacutevel de tempo qualquer que seja a

                concentraccedilatildeo do material orgacircnico

                Uma razatildeo Fe2+ substrato acima do limiar miacutenimo normalmente 110 - 150

                Uma aliacutequota suplementar de ferro que compense o consumo de ferro em reacccedilotildees

                e garanta a existecircncia de ferro livre para catalisar a formaccedilatildeo dos radicais

                hidroxilo

                A dosagem de ferro pode ser expressa como razatildeo Fe2+H2O2 em massa ou em moles

                sendo a gama tiacutepica 15 ndash 125 (020 e 004) em peso Tang e Huang em 1997 obtiveram a

                razatildeo molar oacuteptima teoacuterica (H2O2Fe2+) para qualquer substrato pela expressatildeo

                (Equaccedilatildeo 13)

                Na oxidaccedilatildeo de PAHs com reagente de Fenton Beltraacuten et al em 1997 estudaram a

                degradaccedilatildeo do Fluoreno Usaram razotildees Fe2+H2O2 em concentraccedilatildeo molar entre 001 e 020

                (0015 e 030 razatildeo em massa) e constaram que quanto maior a razatildeo maior a remoccedilatildeo de

                Fluoreno e mais raacutepida era a reacccedilatildeo (Figura 11)

                Introduccedilatildeo

                43

                Figura 11 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de iatildeo Ferro na oxidaccedilatildeo do Fluoreno em aacutegua com

                reagente de Fenton para concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                Efeito da concentraccedilatildeo de H2O2

                A concentraccedilatildeo de H2O2 em soluccedilatildeo eacute importante pois eacute esta espeacutecie que vai fornecer

                iotildees hidroxilo agrave soluccedilatildeo Eacute necessaacuterio atingir uma concentraccedilatildeo de H2O2 elevada para que

                haja um decreacutescimo acentuado da toxicidade das aacuteguas Um excesso de reagente pode

                igualmente ser prejudicial pois pode dar origem a reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais

                hidroxilo responsaacuteveis pela oxidaccedilatildeo

                Beltraacuten et al em 1997 estudaram o efeito da concentraccedilatildeo de H2O2 no processo de

                oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton do Fluoreno em aacutegua A Figura 12 mostra a variaccedilatildeo da

                remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo para diferentes concentraccedilotildees de peroacutexido de

                hidrogeacutenio Observaram que existia um periacuteodo inicial da reacccedilatildeo na qual a concentraccedilatildeo de

                Fluoreno diminuiacutea muito raacutepido especialmente para as concentraccedilotildees de H2O2 de 10-4 e 10-3

                M Apoacutes os 5 a 10 minutos iniciais a concentraccedilatildeo de Fluoreno permanecia praticamente

                constante Esta tendecircncia foi tambeacutem observada para o Fenantreno e para o Acenafteno

                Introduccedilatildeo

                44

                Figura 12 ndash Efeito da concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio na oxidaccedilatildeo do Fluoreno com

                reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                Constataram ainda que o PAH mais reactivo com o reagente de Fenton era o Fenantreno

                seguido do Fluoreno (Figura 13)

                Figura 13 ndash Variaccedilatildeo da remoccedilatildeo de Fluoreno Fenantreno e Acenafteno com o tempo

                durante a oxidaccedilatildeo com Reagente de Fenton com concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6M Fenantreno 2510-6M Acenafteno 1510-5M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                Introduccedilatildeo

                45

                A estabilizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de PAHs apoacutes os primeiros minutos de reacccedilatildeo pode ser

                devida agrave raacutepida cineacutetica de reacccedilatildeo do Reagente de Fenton que resulta no consumo total de

                Fe2+ Tambeacutem eacute possiacutevel que o tempo de consumo de reagente de Fenton seja menor do que o

                tempo de agitaccedilatildeo necessaacuterio para a mistura completa dos reagentes

                Efeito da temperatura

                A velocidade da reacccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta com o aumento da

                temperatura com efeito negativo pronunciado para temperaturas abaixo dos 20 ordmC No entanto

                quando as temperaturas aumentam acima de 40-50 ordmC a eficiecircncia da utilizaccedilatildeo de H2O2

                tambeacutem eacute reduzida Isto eacute devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em oxigeacutenio e aacutegua

                Podemos afirmar que na praacutetica a maioria das aplicaccedilotildees comerciais do reagente de Fenton

                ocorrem a temperaturas entre os 20 e 40 ordmC

                Efeito do pH

                As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH da soluccedilatildeo pelo que eacute

                necessaacuterio um controlo apropriado do pH aquando da utilizaccedilatildeo deste reagente de modo a

                maximizar a eficiecircncia

                O pH oacuteptimo situa-se entre 3 e 6 de modo a que o Fe (III) fique em soluccedilatildeo em vez de

                precipitar como hidroacutexidos feacuterricos Fe(OH)3 e FeOOH o que acontece a pH superior Para

                aleacutem disso a pH superior a 6 o ferro catalisa a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em

                aacutegua e oxigeacutenio natildeo ocorrendo formaccedilatildeo de radicais hidroxilo o que leva agrave diminuiccedilatildeo da

                eficiecircncia de reacccedilatildeo Esta propriedade eacute utilizada no entanto para remover o ferro do

                efluente final atraveacutes da sua precipitaccedilatildeo em lamas de hidroacutexido de ferro permitindo a sua

                reutilizaccedilatildeo

                Para pH inferior a 3 o meacutetodo perde consistecircncia mas de forma menos acentuada Nesta

                situaccedilatildeo a quantidade de Fe3+ responsaacutevel pela continuidade do processo oxidativo eacute muito

                baixa estando este em equiliacutebrio com compostos intermediaacuterios

                Introduccedilatildeo

                46

                Conveacutem salientar que a adiccedilatildeo do reagente bem como a proacutepria reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo

                (que conduz geralmente agrave formaccedilatildeo de aacutecidos orgacircnicos) afectam o pH do meio Conveacutem por

                isso controlar cuidadosamente o pH no reactor para que este se mantenha entre 3-5

                Figura 14 ndash Perfil tiacutepico de pH durante a reacccedilatildeo de Fenton

                Observando a Figura 14 verifica-se que a adiccedilatildeo de Fe2+ (normalmente sob a forma de

                sulfato) eacute responsaacutevel por uma primeira diminuiccedilatildeo do valor de pH A segunda inflexatildeo mais

                pronunciada ocorre quando se adiciona o peroacutexido de hidrogeacutenio Verifica-se que esta

                diminuiccedilatildeo prossegue de forma gradual enquanto a reacccedilatildeo se daacute evoluccedilatildeo essa que

                depende da concentraccedilatildeo do catalisador e da mateacuteria orgacircnica Esta descida no valor de pH eacute

                atribuiacuteda agrave oxidaccedilatildeo dos compostos orgacircnicos em aacutecidos orgacircnicos

                A evoluccedilatildeo de pH eacute indicativa de que a reacccedilatildeo estaacute a ocorrer Uma ausecircncia desta

                descida pode ser indicativo de que a reacccedilatildeo estaacute a sofrer inibiccedilatildeo e a concentraccedilatildeo de

                peroacutexido aumenta ou mantecircm-se constante dependendo da forma como o sistema funciona

                em semicontiacutenuo ou fechado respectivamente (wwwH2O2comindustrialwatewatercom)

                Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem estudaram a influecircncia do pH na reacccedilatildeo com reagente

                de Fenton Os resultados obtidos (Figura 15) mostraram que a degradaccedilatildeo do Fluoreno em

                aacutegua apresenta uma maior remoccedilatildeo a pH 7 seguido da degradaccedilatildeo a pH 34

                Adiccedilatildeo de Fe2+ Adiccedilatildeo

                de H2O2

                Tempo de reacccedilatildeo (min)

                Introduccedilatildeo

                47

                Figura 15 ndash Efeito do pH na remoccedilatildeo de Fluoreno ao longo do tempo de oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton para uma concentraccedilatildeo inicial de Fluoreno de 5210-6M (adaptado de Beltraacuten et al 1997)

                Efeito do tempo de reacccedilatildeo

                O tempo necessaacuterio para completar a reacccedilatildeo depende de vaacuterias variaacuteveis entre elas a

                razatildeo Fe2+H2O2 e a toxicidade dos compostos presentes na aacutegua

                Aplicaccedilotildees do Reagente de Fenton

                O processo pode ser aplicado a aacuteguas aacuteguas residuais lamas ou solos contaminados com

                a seguinte finalidade

                Destruiccedilatildeo de poluentes orgacircnicos

                Reduccedilatildeo da toxicidade

                Aumento da biodegradabilidade

                Reduccedilatildeo da cor e cheiro

                Remoccedilatildeo da CQOCBO

                Introduccedilatildeo

                48

                Lee et al em 2000 obtiveram eficiecircncias de remoccedilatildeo com reagente de Fenton em etanol

                da ordem dos 999 para o Benzo(a)Pireno

                Um outro estudo realizado por Flotron et al em 2004 estudaram a remoccedilatildeo de

                poluentes absorvidos em solos lama e sedimentos usando o reagente de Fenton As condiccedilotildees

                experimentais usadas para o estudo estatildeo apresentadas na Tabela 20

                A Figura 16 representa os resultados obtidos nas condiccedilotildees experimentais referidas na

                Tabela 20 e verifica-se que o Benzo(a)Pireno degrada praticamente na totalidade

                Tabela 20 ndash Dados experimentais para oxidaccedilatildeo de PAHs presentes em solos lamas e sedimentos por reagente de Fenton (Flotron et al 2004)

                Experiecircncia Fe2+ (molL)

                H2O2 (molL)

                Fe2+sumPAHs (molmol)

                H2O2Fe2+ (molmol) PAH

                Mistura - Fla Mistura - BbF 0 0 0 0 0 Mistura - BaP Mistura - Fla

                1 110-5 1010-4 10 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

                2 8210-5 1710-4 80 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

                3 1610-4 3210-4 155 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

                4 1610-4 1610-4 155 10 Mistura - BaP Mistura - Fla

                5 3110-4 3110-3 300 2 Mistura - BaP Mistura - Fla

                6 1610-4 3210-4

                (adiccedilatildeo em 2 passos

                155 2 Mistura - BaP

                Fla 7 3110-4 3110-3 300 10 BaP

                Introduccedilatildeo

                49

                Figura 16 - Efeito da concentraccedilatildeo do reagente de Fenton no comportamento do BaP nas

                condiccedilotildees apresentadas na Tabela 20 (Flotron et al 2005)

                Beltraacuten et al em 1997 realizaram experiecircncias com oxidaccedilatildeo por reagente de Fenton de

                trecircs PAHs (Fenantreno Fluoreno e Acenafteno) As variaacuteveis estudadas e as gamas aplicadas

                foram

                Concentraccedilotildees iniciais de Fluoreno 5210-6 M Fenantreno 2510-6 M Acenafteno

                1510-5 M

                Concentraccedilotildees iniciais de reagentes Fe2+=0 a 210-4 M H2O2=10-5 a 10-1 M pH=2 a

                12

                As concentraccedilotildees oacuteptimas de oxidaccedilatildeo obtidas foram Fe 2+=510-5 M H2O2=110-3 M

                pH=7 e temperatura de 293 K Tendo obtido percentagens de conversatildeo de 97 80 e 73 para

                Fenantreno Fluoreno e Acenafteno respectivamente Os produtos resultantes a 80 de

                conversatildeo dos respectivos PAHs estatildeo mencionados na tabela abaixo apresentada (Tabela 21)

                Introduccedilatildeo

                50

                Tabela 21 - Produtos encontrados ou identificados por GCMS em amostras resultantes da oxidaccedilatildeo de PAHs por reagente de Fenton (Beltraacuten et al 1997)

                PAH Nordm composto

                Produto encontrado ou identificado

                tempo de retenccedilatildeo

                (min) Fluoreno Fenantreno Acenafteno

                1 phthalic anhydrid 14

                2 2(H) 1-benzopyran 2-one 34-dihydro 145

                3 acenaphthene 167

                4 dibenzofuran 172 5 unidentified 181

                6 fluorene 183 7 9-fluorenone 206 8 9-fluorenol 208 9 1-naphtalenol 2-ethyl 211

                10 phenanthrene 213 11 0-hydroxybiphenyl 216

                12 unidentified 225 13 9-phenanthrenol 278

                Comparando diferentes tipos de processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada Beltraacuten et al em 1997

                verificaram que a eficiecircncia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton eacute similar ou mesmo maior

                do que a obtida pelos outros processos de oxidaccedilatildeo (Tabela 22) Apenas o processo de O3UV

                apresenta eficiecircncias muito proacuteximas das do reagente de Fenton para todos os PAHs

                estudados (Fluoreno Fenantreno e Acenafteno)

                Assim sendo podemos concluir que o reagente de Fenton eacute um processo de oxidaccedilatildeo

                economicamente viaacutevel para a oxidaccedilatildeo de PAHs como Fluoreno Fenantreno e Acenafteno

                em matizes aquosas

                Tabela 22 ndash Comparaccedilatildeo de diferentes processos de oxidaccedilatildeo avanccedilada relativamente ao reagente de Fenton na oxidaccedilatildeo de PAHs em aacutegua (Beltraacuten et al 1997)

                Conversatildeo para diferentes tipos de Tratamento

                PAH Radiaccedilatildeo UV O3 O3H2O2 O3UV UVH2O2 H2O2Fe2+ Fluoreno 30 60 62 87 67 80 Fenantreno 52 95 93 95 96 97 Acenafteno 20 71 71 73 73 73

                Introduccedilatildeo

                51

                Na Tabela 23 estatildeo apresentados vaacuterios estudos de degradaccedilatildeo de PAHs com reagente de

                Fenton em diferentes tipos de matrizes ambientais Mediante os resultados obtidos podemos

                dizer que o reagente de Fenton eacute um bom processo de oxidaccedilatildeo para os PAHs e para o BaP

                dependendo no entanto da concentraccedilatildeo inicial destes compostos

                Introduccedilatildeo

                52

                Tabela 23 Degradaccedilatildeo de PAHs por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em diferentes tipos de matrizes

                Matriz PAH [BaP] T

                (ordmC) pH [Fe2+] [H2O2] Tempo de reacccedilatildeo

                remoccedilatildeo Bibliografia

                Solo BaP +4 PAHs 10 mgKg 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 3 horas 99 Lee et al 2000

                BaP concentrado em etanol

                BaP 85 mgL 30 35 2 ml de 05 M 1 ml de H2O2 30 gt998 (BaP) Lee et al 2001

                Solo BaP+ 17 PAHs 25

                10 ml de FeSO4= 10

                mM 20 ml de H2O2 15 1 hora 55-38 (5

                aneacuteis) Jonsson et al 2007

                Sedimentos BaP+16 PAHs

                1427 mgKg Tamb pH

                sedimento 4 ml de

                FeSO4= 05 M

                40 ml de H2O2 5M (Razatildeo

                FeH2O2=1100) 629 (BaP) Ferrarese et al 2007

                Sedimentos 0003 mgKg 3 asymp 169 (BaP)

                Lama

                BaP+2 PAHs 031

                mgKg 3 10-2 molL 49 molL 24 horas

                asymp 481 (BaP) Flotron et al 2005

                Matriz aquosa BaP+2 PAHs 80 microgL Tamb 3 1610-4 molL 3210-4 molL 3 horas 852 (BaP) Flotron et al 2003

                Matriz aquosa BaP+1PAHs Tamb 4 10mM de FeSO47H2O 05 H2O2 48 horas 60 Nadarajah et al 2002

                Solo BaP Tamb 8 66 mM Fe2+ 14000 mM H2O2 24 horas 59 Watts et al 2002

                Introduccedilatildeo

                53

                Vantagens e desvantagens do meacutetodo

                Podem-se enumerar alguns aspectos vantajosos da aplicaccedilatildeo do reagente de Fenton como

                sistema de oxidaccedilatildeo face a outros tratamentos

                Os custos de equipamento das instalaccedilotildees para oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                satildeo bastante mais baixos comparados com os de outros sistemas de oxidaccedilatildeo

                Natildeo satildeo necessaacuterias altas pressotildees nem altas temperaturas sendo o equipamento

                tecnologicamente simples e de dimensotildees reduzidas (Bigda 1995)

                Os custos de operaccedilatildeo destes sistemas satildeo geralmente menores do que os que

                utilizam ozono cloro dioacutexido de cloro ou permanganato de potaacutessio

                O reagente de Fenton eacute faacutecil de manusear ambientalmente limpo e natildeo conduz agrave

                geraccedilatildeo de sub-produtos toacutexicos

                Reduz a toxicidade de aacuteguas residuais tornando possiacuteveis tratamentos bioloacutegicos

                convencionais

                Permite dar uma resposta imediata no caso de graves problemas ambientais uma

                vez que o arranque da instalaccedilatildeo eacute raacutepido sendo capaz de reagir com praticamente

                todas as classes de compostos orgacircnicos

                Eacute aplicaacutevel mesmo na presenccedila de compostos orgacircnicos coloridos ou efluentes de

                coloraccedilatildeo escura os quais por absorccedilatildeo de luz ultravioleta interferem com

                processos que envolvam radiaccedilatildeo UV e diminuem a eficaacutecia desses sistemas

                Apesar do processo ser bastante atractivo apresenta algumas desvantagens tais como

                Necessidade de um estudo preacutevio quer a niacutevel laboratorial quer mesmo agrave escala

                piloto antes de se decidir acerca da implementaccedilatildeo a niacutevel industrial

                Natildeo possuir uma acccedilatildeo prolongada cessando assim que todo o peroacutexido se tenha

                decomposto

                Formaccedilatildeo de intermediaacuterios que podem persistir no meio

                Requer um pH e temperatura especiacuteficos para que o tratamento seja eficiente

                Produccedilatildeo de lamas com hidroacutexidos de ferro e complexos organometaacutelicos

                insoluacuteveis que podem ser eventualmente reciclaacuteveis

                Introduccedilatildeo

                54

                O meacutetodo mais usual de avaliaccedilatildeo da reacccedilatildeo (e do seu teacutermino) consiste na mediccedilatildeo do

                potencial redox do meio O consumo de radicais hidroxilo leva a uma diminuiccedilatildeo do potencial

                redox Quando a reacccedilatildeo tiver terminado a acumulaccedilatildeo destas radicais no meio levaraacute a um

                aumento deste potencial

                126 Processos Combinados

                A melhor soluccedilatildeo para a degradaccedilatildeo de um determinado composto ou conjunto de

                poluentes natildeo tem de passar obrigatoriamente pela aplicaccedilatildeo de um uacutenico processo de

                tratamento

                A alternativa eacute estudar as vantagens e desvantagens de cada processo a reformulaccedilatildeo de

                diferentes combinaccedilotildees de meacutetodos de degradaccedilatildeo e proceder a ensaios experimentais com o

                objectivo de avaliar a aplicabilidade do tratamento agrave escala industrial

                Na avaliaccedilatildeo de cada processo de tratamento devem ser tidos em conta diversos factores

                tais como

                Eficiecircncia de degradaccedilatildeo

                Aumento da biodegradaccedilatildeo

                Custos

                Produccedilatildeo de resiacuteduos

                1261 Oxidaccedilatildeo QuiacutemicaBiodegradaccedilatildeo

                Da preacute-oxidaccedilatildeo dos PAHs por reagente de Fenton resultam produtos de oxidaccedilatildeo que

                satildeo mais soluacuteveis em aacutegua e mais biodegradaacuteveis (compostos mais acessiacuteveis para os

                microrganismos) A combinaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo quiacutemica com a biodegradaccedilatildeo tem grande

                vantagem sobre ambos os tratamentos aplicados isoladamente na remediaccedilatildeo de

                contaminantes orgacircnicos Este tipo de combinaccedilatildeo tem sido aplicado na purificaccedilatildeo de aacutegua

                residual O preacute-tratamento com peroacutexido de hidrogeacutenio seguido pela biodegradaccedilatildeo resulta

                numa diminuiccedilatildeo substancial na dosagem da quantidade de oxidante (Kulik et al 2006)

                Introduccedilatildeo

                55

                Num outro estudo realizado por Haapea et al em 2006 avaliaram a influecircncia da

                lavagem do solo nos processos de degradaccedilatildeo

                A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo com pequenas doses aumenta a biodegradaccedilatildeo eou

                mobilidade dos PAHs o que torna o tratamento bioloacutegico mais eficiente As principais

                conclusotildees do estudo realizado por Haapea et al em 2006 foram

                A lavagem do solo e a ozonizaccedilatildeo aumentam a biodegradaccedilatildeo dos PAHs no

                entanto o ajuste de pH iraacute aumentar os custos totais durante a operaccedilatildeo e restringir

                o poacutes-tratamento

                A remoccedilatildeo de 90 de PAHs eacute obtida pelo tratamento bioloacutegico de solo ozonizado

                A preacute-lavagem do solo natildeo melhora a degradaccedilatildeo dos PAHs durante a ozonizaccedilatildeo

                mas diminui a quantidade de ozono necessaacuterio

                Neste processo combinado se quisermos determinar a variaccedilatildeo da biodegradabilidade em

                funccedilatildeo das condiccedilotildees quiacutemicas da reacccedilatildeo (tempo de preacute-tratamento concentraccedilatildeo do agente

                oxidante e temperatura) deve realizar-se um teste de biodegradaccedilatildeo Vaacuterios autores

                propuseram vaacuterios meacutetodos para medir a biodegradabilidade deste sistema BOD e

                BODCQO ou BODTOC foram meacutetodos normalmente usados por Gilbert em 1987 Yu and

                Hu em 1994 Marco et al em 1997 e Chamarro et al em 2001

                Um outro processo de oxidaccedilatildeobiodegradaccedilatildeo foi estudado por de Guieysse et al em

                2004 Estes investigadores estudaram a degradaccedilatildeo do BaP em conjunto com mais 5 PAHs

                em solo usando o processo UVBiodegradaccedilatildeo As amostras foram trabalhadas em diferentes

                tipos de solventes (oacuteleo de silicone e tetradecano) e submetidas agrave radiaccedilatildeo UV durante 436 a

                552 horas A percentagem de remoccedilatildeo do BaP foi de 100 em ambos os casos

                Na Tabela 24 estatildeo compiladas as principais vantagens e desvantagens dos diferentes

                processos de degradaccedilatildeo aplicados agrave degradaccedilatildeo do BaP

                Introduccedilatildeo

                56

                Tabela 24 ndash Vantagens e desvantagens dos vaacuterios processos de degradaccedilatildeo aplicaacuteveis agrave degradaccedilatildeo do BaP Processo de Degradaccedilatildeo Bibliografia Vantagens Desvantagens

                Carvatildeo activado Zhou et al 2005

                Permanganato Brown et al 2003 Ferrarese et al 2007

                Natildeo gera problema Ambiental Tatildeo eficiente quanto H2O2 Mais faacutecil de manusear do que H2O2 Mais estaacutevel que H2O2

                Reduccedilatildeo da permeabilidade Formaccedilatildeo de partiacuteculas de MnO2

                Persulfato Nadim et al 2005

                Processo de oxidaccedilatildeo mais lento Necessita de catalisador Baixa solubilidade Fraco oxidante

                Ozono Haapea et al 2006 Mais faacutecil de realizar o tratamento pois reage rapidamente Oxidante forte

                Custos elevados Difiacutecil manuseamento

                UVO3 Ledakowicz et al 2001

                Eficiente na oxidaccedilatildeo de compostos orgacircnicos Meacutetodo mais raacutepido do que a fotoacutelise ou ozono Elevado consumo de energia

                UVH2O2 Schrank et al 2005 Mais simples de todos em termos de operaccedilatildeo manutenccedilatildeo e complexidade Processo barato relativamente ao UVO3

                Vulneraacutevel a interferecircncias como a turvaccedilatildeo Baixa eficiecircncia no tratamento de aacuteguas com elevada turvaccedilatildeo Elevado consumo de energia

                O3H2O2 Natildeo depende da luz Pode ser aplicado a soluccedilotildees turvas Faacutecil de montar

                UVTiO2 Rodriacuteguez 2003 Estaacutevel Boa performance Baixo custo

                Dificuldade de separaccedilatildeo da soluccedilatildeo cataliacutetica Perda de catalisador Elevado consumo de energia

                AOPs

                Fenton Ferrarese et al 2007 Lee et al 2000 Flotron et al 2005

                Natildeo tem resiacuteduos de peroacutexido Equipamento de baixo custo Faacutecil de manusear Natildeo precisa de pressotildees e temperatura elevadas

                Requer estudos preacutevios para optimizaccedilatildeo das condiccedilotildees de operaccedilatildeo Produccedilatildeo de lamas Natildeo possui acccedilatildeo prolongada Requer pH e temperatura especiacuteficos

                Introduccedilatildeo

                57

                13 Metodologias Analiacuteticas para Quantificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno em

                Soluccedilotildees Aquosas

                Para avaliar a eficiecircncia dos processos de tratamento de matrizes aquosas eacute necessaacuterio

                recorrer a metodologias analiacuteticas especiacuteficas para cada finalidade

                Os meacutetodos analiacuteticos vulgarmente usados para detecccedilatildeo e quantificaccedilatildeo de PAHs em

                matrizes aquosas satildeo baseados em teacutecnicas de separaccedilatildeo tais como Cromatografia Liacutequida de

                Alta Resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia (FLD) Cromatografia Gasosa (GC)

                com detector FID ou MS Estes meacutetodos satildeo frequentemente acompanhados de teacutecnicas de

                extracccedilatildeo eou concentraccedilatildeo como por exemplo extracccedilatildeo Liacutequido-Liacutequido extracccedilatildeo em

                Fase Soacutelida (SPE) que para aleacutem de ser necessaacuterio um processo de calibraccedilatildeo complexo

                devido agrave perda apreciaacutevel do analito requerem solventes orgacircnicos (Algarra et al 2005)

                A cromatografia eacute uma teacutecnica que permite separar identificar e quantificar diversos

                compostos numa mistura Pressupotildee a existecircncia de duas fases em contacto uma fase moacutevel

                que transporta a amostra a analisar e uma fase estacionaacuteria com a qual alguns dos compostos

                poderatildeo estabelecer relaccedilotildees de afinidade (Alves 2006)

                A amostra eacute normalmente introduzida no injector atraveacutes de uma seringa sendo

                arrastada pela fase moacutevel atraveacutes da coluna Aqui os compostos da amostra com maior

                afinidade para a fase estacionaacuteria contida dentro da coluna satildeo retidos mais tempo enquanto

                que os outros saem mais depressa da coluna Depois de saiacuterem da coluna os compostos jaacute

                separados chegam ao detector onde eacute registada a sua passagem atraveacutes de um sinal eleacutectrico

                representativo de uma propriedade em relaccedilatildeo agrave qual o detector eacute especiacutefico (Alves 2006)

                Assim sendo na Tabela 25 apresentam-se teacutecnicas aplicadas por vaacuterios cientistas

                Introduccedilatildeo

                58

                Tabela 25 ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

                Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

                arrasteFase moacutevel

                Fase moacutevel

                Caudal mlmin PAH

                BaP λ Exc (nm)

                BaP λ Em (nm)

                Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

                Tempo de retenccedilatildeo

                BaP (min) LD Bibliografia

                GCMS Aacutegua superficiais (rio) Mistura 009

                HPLCFLD Aacutegua superficiais (rio) C18 Metanol Aacutegua 1 Mistura 0993 187 ngL

                Hwang et al 2006

                GCMS Aacutegua superficiais (lago) SGE25QC3HT8 Heacutelio 13 Mistura Olivella M 2006

                GCMS Aacutegua superficiais (rio) DB-5ms (025 mm) Heacutelio Mistura 002 ngL Olivella et al 2006

                HPLCFLD Liquido-liacutequido Aacutegua de consumo Fase reversa Supelco LC-PAH 5 microm

                Acetonitrilo Aacutegua 20 BaP + 10 PAHs 280 gt389 260 BaP=0029

                microgL USEPA 550

                GCMS SPME (PDMS 100 microm) Matriz aquosa RTX5 MS (025

                microm) Heacutelio BaP + 15 PAHs BaP=002-

                10 microgL BaP=075 BaP=18 ngL King et al 2004

                GCMS Liacutequido-liacutequido Aacutegua do mar Capilar de silica Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 0994-1 2718 BaP=015

                microgml Anyakora et al 2005

                HPLCFLD SPE Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 5 microm 1 BaP +

                14 PAHs 255 420 Zhu et al 2008

                LVI GCMS MASE Matriz aquosa Capilar (025

                mm) Heacutelio 1 BaP + 15 PAHs 005-100 microgL BaP=0995 315 BaP=40

                ngL Rodil et al 2007

                HPLCUV Sonificaccedilatildeo Aacutegua superficiais (rio) Supelcosil C18 Metanol Aacutegua 1 BaP + 9 PAHs BaP=3352

                ngL Zhu et al 2004

                HPLCFLD SPE Matriz aquosa Supelcosil C18 Acetonitrilo Aacutegua 07 BaP + 15 PAHs 260 432 BaP=01-25

                ngL gt 0998 BaP=079 ngL Busetti et al 2006

                HPLCFLD SPME (PDMS) Aacutegua superficiais (lago)

                Supelcosil C18 LC-PAH Acetonitrilo

                monocloroacetato de soacutedio

                10 BaP + 4 PAHs 266 415 BaP=001-65

                microgL 09999 153 BaP=42 ngL Cheng Hong-Wen 2004

                HPLCFLD SBSE Aacutegua da chuva Supelcosil LC-PAH 3 microm Acetonitrilo Aacutegua 20

                BaP+14 PAHs 270 410 2-10 ngmL 09992

                BaP=02 ngL Deschamps et al 2007

                Introduccedilatildeo

                59

                Tabela 25 (Cont) ndash Meacutetodos analiacuteticos condiccedilotildees de funcionamento e resultados obtidos para anaacutelise de PAHs em matrizes aquosas

                Meacutetodo Extracccedilatildeo Matriz Coluna Gaacutes de

                arrasteFase moacutevel

                Fase moacutevel Caudal mlmin PAH

                BaP λ Exc (nm)

                BaP λ Em (nm)

                Linearidade Correlaccedilatildeo (R2)

                Tempo de retenccedilatildeo

                BaP (min) LD Bibliografia

                HPLCFLD SPMDs Aacutegua superficiais Supelcosil LC-PAH 5 microm Acetonitrilo Aacutegua 15

                BaP + 14 PAHs

                290 410 50-250 ngml gt 099 339 Williamson et al 2002

                Fluorimeacutetrico SPE discos C18 Aacutegua de consumo BaP + 4 PAHs 3672 4042 006-40 microgL BaP=09942 BaP=003

                microgL Algarra et al 2005

                GCMS Liquido-liquido Aacutegua superficiais (rio)

                Capilar de silica 30 microm Heacutelio 10

                BaP + 15 PAHs

                BaP=0123-1228 microgml 0995 2718 BaP=015

                microgml Anyakora et al 2006

                GCFID SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

                Aacutegua

                A 30-m Ultra Alloy-5 capillary column (05 mm ID 05 mm film thickness)

                Nitrogeacuteneo 30 BaP + 15 PAHs

                01-10 ngml 0978 Fibra de 100 mm PDMS

                BaP=044 ngml Doong et al 2000

                GCMS SPME (PDMS 100 microm e PA 85microm)

                Aacutegua

                30-m HP-5 (5 phenylndash95 methylpolysiloxane) (025 mm ID 025 mm film thickness)

                Heacutelio 13 BaP + 15 PAHs

                5-100 ngml 0985 Fibra de 100 mm PDMS

                BaP=024 ngml Doong et al 2000

                GCMS SBSE Matriz aquosa

                HP5-MS (Agilent) 30 m3025 mm ID d 5025 mm

                10 1-100 ngL 092543 BaP=12 ngL

                Kolahgar et al 2002

                GCMSMS SPME (PDMSDVB) Aacutegua

                DB-XLB (60mtimes025 mm 025 m film thickness)

                Heacutelio 10 mlmin

                BaP + 26 PAHs

                0025-10 microgL 09955-09999 7135 BaP=063

                ngL

                Fernandez-Gonzalez et al 2007

                GCFID MA-HS-SPME (PDMSDVB) Matriz aquosa Silica DB-5 Nitrogeacuteneo

                BaP + 15 PAHs

                BaP=1-100 microgL BaP=09890 BaP=05

                microgL Wei et al 2007

                LCFLD SPME (PDMS 100 microm) Aacuteguas Residuais Vydac 201 TP

                52 Acetonitrilo Aacutegua 04 266 415 001-10 microgL 0996-0999 BaP=0001microgL Popp et al 2000

                Introduccedilatildeo

                60

                Cromatografia Gasosa

                O BaP encontra-se no meio ambiente nas aacuteguas de consumo e residuais em

                concentraccedilotildees extremamente baixas Os limites legais estabelecidos impotildeem limitaccedilotildees ao

                niacutevel dos microgL Por este motivo surge a necessidade de recorrer a meacutetodos de anaacutelise de

                compostos vestiacutegiais

                Como se pode observar na Tabela 25 de entre os meacutetodos de anaacutelise os que geralmente

                satildeo utilizados satildeo cromatografia liacutequida (HPLC) e a cromatografia gasosa (GC)

                A anaacutelise do BaP por cromatografia gasosa pode ser feita usando um detector ECD

                (Captura Electroacutenica de Electrotildees) ou por GCMS (Cromatografia Gasosa com

                Espectrometria de Massa)

                A teacutecnica de GCMS eacute a ideal para a identificaccedilatildeo de compostos uma vez que para aleacutem

                da informaccedilatildeo do cromatograma fornece o espectro de massa dos compostos que eluem da

                coluna cromatograacutefica Uma vez que estes espectros satildeo uacutenicos e caracteriacutesticos de cada

                substacircncia eacute possiacutevel identificaacute-los inequivocamente pelos tempos de retenccedilatildeo Os outros

                detectores natildeo fornecem nenhuma informaccedilatildeo para a identificaccedilatildeo dos compostos pelo que eacute

                feita apenas atraveacutes da comparaccedilatildeo dos tempos de retenccedilatildeo com a anaacutelise de padrotildees

                A espectroscopia de massa eacute uma das ferramentas analiacuteticas mais poderosa de que

                dispotildeem os analistas Como meacutetodo de detecccedilatildeo acoplado agrave cromatografia liacutequida ou gasosa

                permite sensibilidades elevadas (da ordem 10-3 a 10-13) permite elevada selectividade

                principalmente se for utilizada no modo SIM (Single Ion Monitoring) ou no modo MSMS

                (dupla fragmentaccedilatildeo) permite diferentes formas de ionizaccedilatildeo conforme as caracteriacutesticas dos

                compostos e amostras permite fazer caracterizaccedilatildeo elementar permite obter informaccedilatildeo

                estrutural e isotoacutepica e ainda efectuar anaacutelise qualitativa e quantitativa

                Introduccedilatildeo

                61

                Cromatografia Liacutequida

                A cromatografia liacutequida (HPLC) segue os princiacutepios gerais de qualquer cromatografia

                princiacutepios esses que se aplicam a quase todos os tipos de cromatografia em coluna(Barreira

                2003)

                Existem diversos tipos de HPLC conforme a escolha da fase estacionaacuteria e os equiliacutebrios

                envolvidos

                Em HPLC o fluxo da fase moacutevel eacute controlado atraveacutes de bombas que mantecircm uma

                pressatildeo de vaacuterias atmosferas sobre a coluna Assim as colunas satildeo construiacutedas em materiais

                bastante resistentes como o accedilo inoxidaacutevel tendo comprimentos que variam entre 10 e 30

                cm com um diacircmetro interno de 4 a 10 mm A amostra eacute adicionada directamente agrave coluna

                dissolvida na fase moacutevel em volumes que variam dos 5 aos 500 microL (Barreira2003) Cerca

                de 80 das aplicaccedilotildees de HPLC utilizam colunas C18 constituiacutedas por partiacuteculas de siacutelica

                ligadas a um filme de liacutequido constituiacutedo por uma cadeia de hidrocarbonetos com 18 carbonos

                (partiacuteculas de diacircmetro entre 3 e 20 microm) Satildeo colunas denominadas de fase reversa pois

                devido agraves suas caracteriacutesticas apolares o solvente eacute que estabelece relaccedilotildees de afinidade com

                os solutos

                Se os solutos tiverem alguma afinidade pela fase estacionaacuteria da coluna ao longo desta

                vatildeo-se estabelecer sucessivos equiliacutebrios de distribuiccedilatildeo dos solutos entre a fase moacutevel

                (eluente) e a estacionaacuteria Se as constantes de distribuiccedilatildeo para os diversos solutos forem

                suficientemente diferentes estes iratildeo deslocar-se ao longo da coluna a velocidades diferentes

                saindo da coluna separados uns dos outros

                Regra geral quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas do enchimento mais eficientes satildeo as

                colunas No entanto quanto mais pequenas satildeo as partiacuteculas maior eacute a perda de pressatildeo do

                liacutequido ao longo da coluna e menor eacute o caudal de eluente para a mesma pressatildeo aplicada

                Como haacute limitaccedilotildees instrumentais agrave utilizaccedilatildeo de pressotildees muito elevadas quanto menor for o

                diacircmetro das partiacuteculas do enchimento menor eacute tambeacutem o comprimento da coluna que se

                utiliza

                Introduccedilatildeo

                62

                Como consequecircncia do empacotamento das partiacuteculas de pequena dimensatildeo no interior

                da coluna satildeo necessaacuterias pressotildees elevadas para forccedilar o eluente ao longo da coluna sendo

                usual utilizarem-se pressotildees entre 80 e 120 bar A bomba tem de manter um caudal de eluente

                constante sem oscilaccedilotildees de pressatildeo ou caudal e tem de ser construiacuteda com material

                compatiacutevel para uma larga gama de solventes

                Este tipo de cromatografia tem a possibilidade de usar detectores muito variados

                sensiacuteveis e com limites de detecccedilatildeo muito baixos Os detectores mais usados em HPLC para

                anaacutelise do BaP satildeo os de fluorescecircncia (FLD) e UV (254 nm)

                Para a determinaccedilatildeo de PAHs por HPLC usam-se colunas revestidas por um filme de

                siacutelica C18 de fase reversa e eluentes como a aacutegua e o acetonitrilo (Barreira 2003)

                Apoacutes saiacuterem da coluna os componentes da amostra passam a um detector A

                representaccedilatildeo graacutefica do sinal enviado pelo detector em funccedilatildeo do tempo que decorreu desde a

                injecccedilatildeo da amostra na coluna constitui o que se designa por cromatograma da mistura

                Os solventes utilizados em HPLC tecircm de ser muito puros e natildeo podem conter resiacuteduos

                soacutelidos Devem ser desgaseificados antes da sua utilizaccedilatildeo pois a formaccedilatildeo de bolhas de gaacutes

                no sistema cromatograacutefico pode causar variaccedilotildees de pressatildeo no interior do sistema eou

                perturbaccedilotildees mais ou menos graves no sinal do detector A desgasificaccedilatildeo pode fazer-se

                submetendo o eluente a pressotildees reduzidas eou ultra-sons ou por deslocamento dos gases

                dissolvidos com heacutelio

                A eluiccedilatildeo pode ser feita mantendo sempre o mesmo eluente (eluiccedilatildeo isocraacutetica) ou

                variando a composiccedilatildeo do eluente com o tempo (eluiccedilatildeo com gradientes) Sempre que

                possiacutevel deve proceder-se a uma eluiccedilatildeo isocraacutetica

                Parte Experimental

                63

                2 Parte Experimental

                21 Metodologia

                A metodologia seguida para o estudo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

                consistiu em trecircs partes A primeira correspondeu ao desenvolvimento do meacutetodo analiacutetico

                apropriado para este composto a segunda a optimizaccedilatildeo das variaacuteveis que influenciam a

                degradaccedilatildeo com reagente de Fenton e a terceira consistiu em avaliar e discutir a degradaccedilatildeo

                deste composto nas condiccedilotildees optimizadas

                22 Descriccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

                Nesta secccedilatildeo apresenta-se uma relaccedilatildeo de todo o material utilizado no desenvolvimento

                do meacutetodo analiacutetico e da degradaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton bem como a descriccedilatildeo

                da metodologia usada

                221 Reagentes

                No meacutetodo analiacutetico usaram-se os seguintes reagentes

                Padratildeo de BaP de 1000 mgL em acetona adquirido agrave Supelco (referecircncia 40071)

                com grau de pureza de 999

                Etanol Absoluto (Panreac)

                Aacutegua ultra-pura com condutacircncia de 183 mΩcm adquirida no Laboratoacuterio 204

                Acetonitrilo (Chromanorm for HPLC gradiente grade da VWR) ndash Solvente para

                HPLC

                Corrente de Heacutelio para desgasificaccedilatildeo da fase moacutevel

                Os reagentes necessaacuterios e utilizados nos ensaios com Reagente de Fenton estatildeo

                apresentados na Tabela 26

                Parte Experimental

                64

                Tabela 26 ndash Lista de Reagente usados na oxidaccedilatildeo do BaP com Reagente de Fenton Reagente Fornecedor

                Peroacutexido de Hidrogeacutenio 30 Merck

                Aacutegua ultra pura Condutacircncia=183 mΩcm

                Etanol Absoluto Panreac

                Sulfito de Soacutedio Merck

                Hidroacutexido de Soacutedio (NaOH)1M Merck

                Aacutecido Sulfuacuterico (H2SO4) 1M Merck

                Sulfato de Ferro heptahidratado Merk

                222 Equipamento

                Equipamento usado para a quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

                A anaacutelise do BaP foi feita por HPLC Hitachi modelo Elite Lachrom da VWR equipado

                com autosampler (L2200) Bomba (L2130) e Detector de Fluorescecircncia (L2480) tal como

                apresentado na Figura 17

                Figura 17 ndash Equipamento de HPLC-FLD usado na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

                Parte Experimental

                65

                Na Figura 18 estaacute apresentada a coluna cromatograacutefica utilizada (Lichrocart 250-4 HPLC

                cartridge Purospher star RP 18 - 5 microm)

                Figura 18 ndash Coluna usada na quantificaccedilatildeo do BaP em matrizes aquosas

                A fase moacutevel era constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua ultra-pura Ambos

                os constituintes foram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por

                cada 500 mL antes do arranque do equipamento

                A programaccedilatildeo da sequecircncia das anaacutelises e a aquisiccedilatildeo dos dados analiacuteticos foi feita pelo

                software EZChrom Elite

                Equipamento usado na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

                A instalaccedilatildeo experimental usada era composta por um termoacutemetro um reactor com

                camisa (asymp200 ml de capacidade) um agitador magneacutetico um banho termostaacutetico e uma barra

                magneacutetica como estaacute representado na Figura 19 e 20

                Legenda 1 ndash Reactor de camisa

                2 ndash Termoacutemetro de mercuacuterio

                3 ndash Agitador magneacutetico

                4 ndash Barra magneacutetica

                5 ndash Entrada de aacutegua de aquecimento

                6 ndash Saiacuteda de aacutegua de aquecimento

                Figura 19 ndash Esquema da instalaccedilatildeo experimental

                Parte Experimental

                66

                Figura 20 - Instalaccedilatildeo usada para a oxidaccedilatildeo do BaP pelo reagente de Fenton em matrizes

                aquosas

                223 Preparaccedilatildeo da Fase Moacutevel para HPLC

                A fase moacutevel eacute constituiacuteda por 90 de Acetonitrilo e 10 de aacutegua Ultra pura Ambos os

                constituintes eram desgaseificados com uma corrente de Heacutelio durante 10 minutos por cada

                500 mL

                224 Preparaccedilatildeo de Padrotildees

                Preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL)

                Diluiacuteram-se 100 microL de Padratildeo BaP 1000 mgL em etanol num balatildeo volumeacutetrico de 10

                mL

                Parte Experimental

                67

                Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP para a curva de calibraccedilatildeo

                Os padrotildees do BaP para traccedilar a curva de calibraccedilatildeo foram preparados por diluiccedilatildeo da

                soluccedilatildeo matildee M1 do BaP (10 mgL) em aacutegua ultra-pura de acordo com a Tabela 27

                Tabela 27 ndash Preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP em matriz aquosa a partir da soluccedilatildeo matildee M1 para a realizaccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

                Padratildeo Concentraccedilatildeo do BaP (microgL)

                Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP (micro l)

                Volume Total do padratildeo (ml)

                1 1 10 100 2 10 10 10

                3 40 40 10 4 60 60 10

                5 100 100 10 Preparaccedilatildeo da Soluccedilotildees de BaP para experiecircncias com reagente de Fenton

                As soluccedilotildees usadas na degradaccedilatildeo com reagente de Fenton foram preparadas a partir da

                soluccedilatildeo matildee M1 e diluiacutedas em aacutegua ultra-pura (Tabela 28)

                Todas as soluccedilotildees do BaP foram preparadas no dia da anaacutelise deixando-as estabilizar por

                1 hora

                Tabela 28 ndash Padrotildees usados na optimizaccedilatildeo da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                Concentraccedilatildeo BaP mgL Volume de soluccedilatildeo matildee M1 de 10 mgL do BaP

                (micro l)

                Volume Total do padratildeo (ml)

                10 100 100 20 200 100

                60 600 100 100 1000 100

                Para a realizaccedilatildeo da optimizaccedilatildeo das variaacuteveis para a oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                foi necessaacuterio realizar alguns caacutelculos para a determinaccedilatildeo da massa de sulfato de ferro e

                volume de peroacutexido hidrogeacutenio a adicionar ao reactor No anexo C estaacute apresentado um

                exemplo de caacutelculo

                Parte Experimental

                68

                225 Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

                As condiccedilotildees de operaccedilatildeo usadas para a realizaccedilatildeo do processo analiacutetico encontram-se na

                Tabela 29

                Tabela 29 - Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo usadas para a quantificaccedilatildeo do BaP por HPLCFLD Condiccedilotildees de Operaccedilatildeo

                Caudal da fase Moacutevel 12 mlmin Fase Moacutevel (Eluente) 90 Acetonitrilo + 10 Aacutegua

                Temperatura Temperatura ambiente λexc 297 nm

                λem 405 nm

                Volume de injecccedilatildeo 50 microl

                Tempo anaacutelise 15 minutos

                226 Quantificaccedilatildeo

                O meacutetodo de quantificaccedilatildeo foi o meacutetodo do padratildeo externo recorrendo aacute curva de

                calibraccedilatildeo A resposta diaacuteria do detector foi verificada atraveacutes da anaacutelise de 2 padrotildees

                controlo do BaP (padratildeo de 10 e 100 microgL) sempre que se realizaram anaacutelises

                Parte Experimental

                69

                23 Ensaios de Degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton

                Qualquer estrateacutegia experimental destinada a estudar um dado problema implica trabalho

                quase sempre com vaacuterias variaacuteveis podendo cada uma delas influenciar o resultado

                A forma tradicional foi a seguida consiste no estudo de uma variaacutevel de cada vez

                fazendo-a variar dentro de uma determinada gama de valores mantendo todas as outras

                variaacuteveis constantes A partir destas observaccedilotildees verifica-se a existecircncia ou natildeo de uma

                relaccedilatildeo quantitativa entre a variaacutevel e a resposta

                231 Ensaios de optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo

                Neste trabalho pretendeu-se estudar quatro variaacuteveis fundamentais no processo de

                oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton As quatro variaacuteveis estudadas foram pH Temperatura

                Concentraccedilatildeo de Ferro e Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

                Em experiecircncias preliminares a temperatura foi de 40 ordmC e partiu-se de um valor inicial

                do BaP de 10 microgL e razotildees H2O2Fe2+ de 378 usadas por Rodolfo 2004 (20855 massa)

                Apoacutes a montagem da instalaccedilatildeo e preparaccedilatildeo do padratildeo do BaP de 10 microgL retirou-se 1

                mL de amostra para posterior anaacutelise e transferiu-se o padratildeo para o reactor

                De seguida corrigiu-se o pH para o valor a estudar e deixou-se a temperatura atingir os

                40 ordmC O pH corrigiu-se fazendo uso das soluccedilotildees de H2SO4 eou NaOH a temperatura foi

                regulada no banho termostaacutetico Nesta altura voltou-se a retirar uma amostra de 1 mL de

                padratildeo para anaacutelise

                Apoacutes estabilizaccedilatildeo da temperatura transferiu-se a quantidade de sulfato de ferro para a

                soluccedilatildeo Ligou-se a agitaccedilatildeo na posiccedilatildeo 3 e deixou-se dissolver

                Parte Experimental

                70

                De seguida adicionou-se o volume de H2O2 necessaacuterio e iniciou-se a contagem do tempo

                de reacccedilatildeo Logo apoacutes a adiccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio retirou-se mais uma aliquota de 1

                mL para anaacutelise

                A partir da adiccedilatildeo do oxidante (H2O2) retiraram-se aliquotas de 1 mL de 15 em 15 min

                inicialmente ateacute 60 min tendo-se prolongado posteriormente para 90 min Todos os vials

                foram devidamente identificados tendo em conta o tempo a que foram recolhidas as amostras

                Em todos os vials onde foram guardadas as aliquotas recolhidas apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

                foi previamente colocada a massa necessaacuteria de sulfito de soacutedio para reagir com o peroacutexido de

                hidrogeacutenio em condiccedilotildees estequiomeacutetricas (11) de modo a evitar a formaccedilatildeo de radicais HO

                e consequentemente parar a reacccedilatildeo Mais tarde a partir do iniacutecio da optimizaccedilatildeo da

                concentraccedilatildeo de ferro este passo foi substituiacutedo pelo abaixamento de pH com H2SO4 1M

                segundo Lee et al 2000 por uma questatildeo a sua execuccedilatildeo ser mais faacutecil e raacutepida Este passo eacute

                bastante importante pois sem este a reacccedilatildeo continuaria a dar-se e a anaacutelise obtida natildeo

                corresponderia ao tempo a que foi recolhida a amostra As amostras foram entatildeo preservadas

                por abaixamento de pHlt1 e foram analisadas por HPLCFDL no mesmo dia em que foram

                recolhidas

                Optimizaccedilatildeo do pH

                Para a optimizaccedilatildeo do pH procedeu-se agrave realizaccedilatildeo de 2 experiecircncias uma em que natildeo se

                fez qualquer acerto de pH e outra em que se acertou o pH ateacute ao pH recomendado na

                bibliografia (3-6) para a realizaccedilatildeo de degradaccedilatildeo com reagente de Fenton

                Na Tabela 30 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram realizadas as experiecircncias

                para optimizaccedilatildeo do pH na degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

                Parte Experimental

                71

                Tabela 30 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias para optimizaccedilatildeo do pH

                Experiecircncia Condiccedilotildees 1 2 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 pH 35 Normal=59 T (ordmC) 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 [Fe2+] [H2O2] 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 701 701 Volume de H2O2 (microl) 160 160 Massa de Na2SO3 (mg) 074 074 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 Tempo de reacccedilatildeo (min) 90 90

                Optimizaccedilatildeo da Temperatura Foram realizadas 4 experiecircncias para optimizaccedilatildeo da temperatura Foram consideradas

                temperaturas entre 30 e 70 ordmC uma vez que a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton aumenta

                com o aumento da temperatura Na Tabela 31 estatildeo apresentadas as condiccedilotildees em que foram

                realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da temperatura para a degradaccedilatildeo com reagente de

                Fenton

                Tabela 31 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de

                optimizaccedilatildeo da temperatura Experiecircncia Condiccedilotildees 3 4 5 6 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 30 40 50 70 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgl) 55 55 55 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgl) 208 208 208 208 [H2O2][Fe2+]=20855 378 378 378 378 [Fe2+][H2O2]= 55208 0026 0026 0026 0026 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 274 274 274 274 Volume de H2O2 (microl) 614 614 614 614 Massa de Na2SO3 (mg) 077 077 077 077 Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

                Parte Experimental

                72

                Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

                Para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ foram realizadas 5 experiecircncias com

                concentraccedilotildees crescentes de Fe2+ Beltraacuten et al em 1996 mostraram que a degradaccedilatildeo

                aumentava com o aumento da concentraccedilatildeo de catalisador Fe2+ Na Tabela 32 estatildeo

                apresentadas as condiccedilotildees em que foram executadas as diferentes experiecircncias

                Tabela 32 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

                Experiecircncia Condiccedilotildees 7 8 9 10 11 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 200 275 300 375 55 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 104 104 104 104 104 [Fe2+] [H2O2] 0019 0026 0029 0036 0053 [H2O2] [Fe2+] 520 378 347 277 189 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 100 137 149 187 274 Volume de H2O2 (microl) 307 307 307 307 307 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Posiccedilatildeo da Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90 90

                Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

                Foram realizadas 4 experiecircncias para a optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de peroacutexido de

                hidrogeacutenio As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 33

                Parte Experimental

                73

                Tabela 33 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

                Experiecircncia Condiccedilotildees 12 13 14 15 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 10 10 10 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 150 225 375 [Fe2+] [H2O2] 0075 0025 0167 0100 [H2O2] [Fe2+] 133 400 60 10 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (micro l) 1475 4425 664 111 H2SO4 (1 M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

                Ensaios de Degradaccedilatildeo do BaP nas condiccedilotildees optimizadas Estas experiecircncias foram realizadas apoacutes se terem fixado os valores das variaacuteveis a

                optimizar relativamente agrave degradaccedilatildeo com Reagente de Fenton Na Tabela 34 estatildeo

                apresentadas as experiecircncias realizadas para diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees

                oacuteptimas encontradas nas experiecircncias anteriores

                Tabela 34 - Apresentaccedilatildeo das condiccedilotildees a que foram realizadas as experiecircncias de degradaccedilatildeo do BaP

                Experiecircncia Condiccedilotildees 16 17 18 19 Concentraccedilatildeo do BaP (microgL) 10 20 60 100 pH 35 35 35 35 T (ordmC) 40 40 40 40 Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375 375 375 375 Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 50 50 50 50 [H2O2] [Fe2+] 133 133 133 133 [Fe2+] [H2O2] 0075 0075 0075 0075 Massa de Fe2SO47H2O (mg) 187 187 187 187 Volume de H2O2 (microl) 1475 1475 1475 1475 H2SO4 (1M) 2 gotas 2 gotas 2 gotas 2 gotas Agitaccedilatildeo 3 3 3 3 Tempo (min) 90 90 90 90

                Resultados e Discussatildeo

                74

                3 Resultados e Discussatildeo

                No presente capiacutetulo procede-se agrave anaacutelise e discussatildeo dos resultados obtidos nas trecircs

                vertentes (a) validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico (b) optimizaccedilatildeo do processo de degradaccedilatildeo do

                BaP com reagente de Fenton em matriz aquosa e (c) avaliaccedilatildeo da eficiecircncia de degradaccedilatildeo do

                BaP para vaacuterios niacuteveis de concentraccedilatildeo

                31 Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

                A validaccedilatildeo de um Meacutetodo Analiacutetico consiste na obtenccedilatildeo de um conjunto de paracircmetros

                estatiacutesticos que caracterizam esse meacutetodo e que permitem provar que o meacutetodo eacute ldquovaacutelidordquo

                isto eacute serve para o fim a que se destina

                Os objectivos de validaccedilatildeo de um meacutetodo analiacutetico satildeo

                Avaliar as caracteriacutesticas do meacutetodo

                Controlar as variaacuteveis que afectam a obtenccedilatildeo do resultado

                Estimar a incerteza global associada ao resultado

                Actualmente os conceitos associados agrave validaccedilatildeo de meacutetodos analiacuteticos tecircm vindo a ser

                discutidos de forma a uniformizar os processos de obtenccedilatildeo dos paracircmetros de validaccedilatildeo De

                uma forma geral pode referir-se que a validaccedilatildeo de um meacutetodo engloba

                Paracircmetros de caracterizaccedilatildeo que nos indicam para que eacute que o meacutetodo serve

                (especificidade) e quais as condiccedilotildees de restriccedilatildeo isto eacute que tipo de interferentes

                poderatildeo afectar o resultado (praticabilidade)

                Paracircmetros de quantificaccedilatildeo que definem as condiccedilotildees que permitem obter o

                resultado englobando o estudo da linearidade e os paracircmetros estatiacutesticos associados

                (declive ordenada na origem e coeficiente de correlaccedilatildeo) bem como a sensibilidade

                e os limites de detecccedilatildeo e de quantificaccedilatildeo

                Resultados e Discussatildeo

                75

                Paracircmetros de fiabilidade do meacutetodo que nos indicam se o meacutetodo conduz

                efectivamente aos resultados esperados englobando a precisatildeo a exactidatildeo e a

                robustez

                Neste trabalho iremos abordar os paracircmetros de quantificaccedilatildeo e os paracircmetros de

                fiabilidade

                311 Identificaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno

                A identificaccedilatildeo do composto foi obtida por injecccedilatildeo de padrotildees de BaP e avaliaccedilatildeo do

                tempo de retenccedilatildeo meacutedio que foi de 90plusmn13 min O cromatograma de um padratildeo de BaP de

                concentraccedilatildeo 10 microgL estaacute representado na Figura 21 Pode verificar-se a ausecircncia de

                interferentes na proximidade da eluiccedilatildeo do composto

                Figura 21 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL usado na

                construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo

                A resoluccedilatildeo do BaP nas amostras apoacutes paragem da reacccedilatildeo com fenton por adiccedilatildeo de

                aacutecido sulfuacuterico tambeacutem se revelou adequada verificando-se ausecircncia de interferentes Na

                verdade tal facto seria expectaacutevel uma vez que os componentes do reagente de fenton natildeo

                apresentam fluorescecircncia Ao mesmo tempo natildeo se encontram compostos intermediaacuterios ou

                subprodutos da reacccedilatildeo de oxidaccedilatildeo pelo menos com resposta de fluorescecircncia detectaacutevel na

                gama de comprimentos de onda utilizados

                BaP

                Resultados e Discussatildeo

                76

                Quanto ao sinal obtido injectando padrotildees de vaacuterias concentraccedilotildees do composto

                constatou-se que o detector de fluorescecircncia variava a sua resposta de dia para dia Optou-se

                por injectar diariamente dois padrotildees de BaP um para concentraccedilotildees baixas (10 microgL) e outro

                para concentraccedilotildees altas (100 microgL) a partir do qual a resposta do dia era ajustada

                Na Figura 22 estaacute apresentado um cromatograma correspondente agrave quantificaccedilatildeo do BaP

                apoacutes ter sido submetida a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton A amostra corresponde agrave

                degradaccedilatildeo com reagente de Fenton realizada nas condiccedilotildees da experiecircncia 8 para o padratildeo de

                10 microgL dois minutos apoacutes o iniacutecio da reacccedilatildeo

                Figura 22 ndash Cromatograma correspondente ao padratildeo do BaP de 10 microgL apoacutes oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton (Experiecircncia 8 amostra retirada 2 minutos apoacutes inicio da reacccedilatildeo de degradaccedilatildeo)

                Por outro lado para avaliar a estabilidade da resposta bem como ter medidas de controlo

                dos resultados obtidos diariamente criando paracircmetros de alerta foram traccediladas cartas de

                controlo Os limites para as cartas de controlo foram calculados da seguinte forma

                Caacutelculo das meacutedias das aacutereas obtidas nos diferentes dias X

                Caacutelculo do desvio padratildeo das mesmas aacutereas S

                Limites de Controlo Superior (LCS) = X plusmn 3S

                Limites de Controlo Inferior (LCI) = X plusmn 2S

                BaP

                BaP

                Resultados e Discussatildeo

                77

                Os dados para a construccedilatildeo da carta de controlo estatildeo apresentados na Tabela B1 e B2 do

                Anexo B e nas Figuras 23 e 24 encontram-se as cartas de controlo obtidas

                Figura 23 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 10 microgL

                Figura 24 - Carta de controlo do padratildeo diaacuterio do BaP de 100 microgL

                Tal como se pode verificar pelos limites das cartas de controlo a resposta da

                fluorescecircncia varia bastante no tempo

                Resultados e Discussatildeo

                78

                As cartas de controlo partem do princiacutepio que a ocorrecircncia de erros eacute aleatoacuteria pelo que a

                distribuiccedilatildeo de pontos em torno do valor meacutedio (Xmeacutedio) segue uma distribuiccedilatildeo normal Estas

                permitem obter informaccedilotildees sobre a estabilidade da resposta do equipamento estado dos

                reagentes e desempenho dos analistas Pode-se assim controlar a exactidatildeo das anaacutelises ou

                apenas a precisatildeo

                Devem ser averiguadas as eventuais anomalias sempre que se verifiquem as seguintes

                situaccedilotildees (ISO 82581993)

                Existirem 1 ponto fora da linha de acccedilatildeo (LCSS e LCSI)

                Existirem 2 pontos sucessivos fora das linhas de aviso (LCII e LCIS)

                Existirem 9 pontos consecutivos de um dos lados da meacutedia (Xmeacutedio)

                Existirem 6 pontos consecutivos a subir ou a descer

                Nestas situaccedilotildees devem ser averiguadas as causas dos pontos fora de controlo de forma a

                proceder as acccedilotildees correctivas correspondentes

                Relativamente aos resultados obtidos na Figura 24 verifica-se que existe um ponto fora

                do limite Inferior superior de controlo (LCIS) no entanto como o ponto seguinte jaacute se

                encontrava dentro dos limites de controlo natildeo foi realizada nenhuma acccedilatildeo correctiva

                No entanto as cartas de controlo devem manter-se actualizadas quer relativamente aos

                valores dos controlos quer relativamente aos limites de controlo A actualizaccedilatildeo dos limites de

                controlo deve ser realizada entre 30 a 50 pontos de controlo nesta altura devem ser

                recalculados os novos valores da meacutedia e respectivo desvio padratildeo com todos os pontos

                (excluindo os fora de controlo)

                Resultados e Discussatildeo

                79

                312 Linearidade e Limites de Detecccedilatildeo

                Procedeu-se agrave anaacutelise de 5 padrotildees do BaP preparados como indicado na Tabela 26 na

                gama de concentraccedilotildees de 1 a 100 microgL para obter a recta de calibraccedilatildeo que permitiu a

                quantificaccedilatildeo do BaP Os resultados obtidos satildeo apresentados na Tabela B3 do Anexo B

                Foi realizado um ajuste linear pelo meacutetodo dos miacutenimos quadrados aos resultados

                obtidos segundo o modelo do tipo

                y=bx+a (Equaccedilatildeo 14)

                Sendo y a aacuterea obtida por cromatografia x a concentraccedilatildeo do analito em microgl (BaP) b o

                declive e a a ordenada na origem

                Fazendo a representaccedilatildeo da aacuterea do BaP em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo pode-se observar a

                linearidade da resposta do detector ndash Figura 25

                Figura 25 ndash Recta de calibraccedilatildeo para a anaacutelise do BaP (IC ndash Intervalo de Confianccedila)

                Resultados e Discussatildeo

                80

                Os resultados obtidos do ajuste linear estatildeo apresentados na Tabela 35 Tabela 35 ndash Resultados do tratamento estatiacutestico agrave recta de calibraccedilatildeo do BaP

                Declive (microgL V) b=

                985139

                Ordenada na origem (V) a= -1558656

                Coeficiente de correlaccedilatildeo R2=

                09993

                Desvio padratildeo residual Syx= 1127345

                Desvio padratildeo associado a a Sa=

                779502

                Desvio padratildeo associado a b Sb=

                14091

                Limite de detecccedilatildeo BaP (Aacuterea) yLD= a+3Sa 779848

                Limite de detecccedilatildeo do BaP (microgL) xLD= 3Sab 237

                Coeficiente de variaccedilatildeo do declive Sbb () 143

                Valor da distribuiccedilatildeo t de student (95) para (n-2) t Valor tabelado 2776

                Intervalo de confianccedila de b ICb= tSb 39117

                Intervalo de confianccedila de a ICa= tSa 2163897

                Embora natildeo exista base cientifica para os criteacuterios que se seguem normalmente os

                laboratoacuterios de controlo de qualidade de produtos admitem um meacutetodo analiacutetico como

                adequado para ser utilizado em anaacutelise se (Alves 2006)

                O desvio padratildeo relativo do declive Sbb (razatildeo entre o desvio padratildeo do declive e

                o declive) for inferior a 5

                A ordenada na origem contiver a origem (a-Salt0lta+Sa)

                O coeficiente de correlaccedilatildeo for superior a 0995

                Resultados e Discussatildeo

                81

                Da anaacutelise dos resultados de linearidade obtidos concluiu-se que o resultado do ajuste foi

                bastante bom uma vez que se conseguiu um coeficiente de correlaccedilatildeo R2 gt 0995 (09993) e

                que o coeficiente de variaccedilatildeo do declive (Sbb) foi inferior a 5 (143) Comparando o valor

                do coeficiente de correlaccedilatildeo com os valores encontrados na bibliografia e apresentados na

                Tabela 25 constata-se que o valor obtido eacute em alguns casos superior aos encontrados na

                bibliografia

                O limite de detecccedilatildeo obtido foi de 237 microgL do BaP Define-se limite de detecccedilatildeo como

                a concentraccedilatildeo miacutenima a partir do qual eacute possiacutevel deduzir a presenccedila do analito com uma

                incerteza estatiacutestica determinada isto com uma precisatildeo e uma exactidatildeo que podem natildeo ser

                as que satildeo obtidas para concentraccedilotildees maiores (Alves 2006) O limite de detecccedilatildeo eacute muito

                superior ao valor parameacutetrico do Decreto de Lei 3062007 que eacute de 001 microgL o que quer

                dizer que este meacutetodo natildeo se aplica a anaacutelise de aacuteguas para consumo humano Foi objectivo

                deste trabalho avaliar a eficaacutecia da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton em degradar o BaP

                assim sendo decidiu-se escolher uma gama de linearidade com concentraccedilotildees mais altas por

                forma a permitir a anaacutelise das aacuteguas mais contaminadas e poder avaliar a sua degradaccedilatildeo em

                termos de concentraccedilatildeo

                313 Precisatildeo do Meacutetodo

                A precisatildeo eacute um termo geral que pretende avaliar a dispersatildeo de resultados entre ensaios

                independentes repetidos sobre uma mesma amostra amostras semelhantes ou padrotildees em

                condiccedilotildees definidas (Relacre 2000)

                Para o estudo da precisatildeo do meacutetodo usou-se o conceito de precisatildeo intermeacutedia que se

                refere agrave precisatildeo avaliada sobre uma mesma amostras amostras semelhantes ou padrotildees

                utilizando o mesmo meacutetodo variando neste caso o dia de anaacutelise (Relacre 2000)

                A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do coeficiente de variaccedilatildeo (CV)

                entre mediccedilotildees efectuadas em 5 dias diferentes de uma amostra a trecircs niacuteveis de concentraccedilatildeo

                (10 60 e 100 microgL do BaP) os resultados obtidos estatildeo apresentados na Tabela 36 e os

                valores lidos na Tabela B4 do Anexo B

                Resultados e Discussatildeo

                82

                Tabela 36 ndash Resultados da precisatildeo intermeacutedia de 3 padrotildees em 5 dias diferentes para o BaP

                Concentraccedilotildees medidas microgL

                Padratildeo 10 microgL Padratildeo 60 microgL Padratildeo 100

                microgL

                Dia 1 83 645 1203

                Dia 2 106 579 1205

                Dia 3 109 606 1109

                Dia 4 125 591 1190

                Dia 5 108 568 1148

                Concentraccedilatildeo meacutedia x (microgL) 106 598 1171

                Desvio padratildeo S (microgL) 15 30 42

                CV = S x () 139 50 35

                Erro relativo 64 03 171

                O CV foi de 139 (com erro relativo de 64) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 106 microgL

                50 (com erro relativo de 03) para a concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e de 35 (com

                erro relativo de 171) para a concentraccedilatildeo meacutedia do BaP de 1171 microgL O resultado estaacute de

                acordo com o esperado uma vez que para concentraccedilotildees menores o coeficiente de variaccedilatildeo eacute

                maior No entanto devemos ter em conta a variabilidade da resposta da fluorescecircncia

                demonstrada nas cartas de controlo (Figura 23 e 24)

                314 Exactidatildeo

                A exactidatildeo mede o grau de proximidade entre o resultado obtido e o resultado esperado

                Utilizou-se o meacutetodo da adiccedilatildeo de padratildeo para o caacutelculo da exactidatildeo Este meacutetodo consiste

                na adiccedilatildeo de um padratildeo de concentraccedilatildeo conhecida a uma amostra e obtemos o resultado da

                anaacutelise antes e apoacutes a adiccedilatildeo e calcula-se a percentagem de recuperaccedilatildeo do analito (Alves

                2006)

                Resultados e Discussatildeo

                83

                Os ensaios de recuperaccedilatildeo para anaacutelise do BaP foram realizados com contaminaccedilatildeo de

                amostras (padrotildees) com o padratildeo de 100 microgL preparado no dia em 5 dias diferentes Esta

                contaminaccedilatildeo realizou-se em amostras com concentraccedilotildees entre 10 e 60 microgL do BaP

                Os resultados da percentagem de recuperaccedilatildeo estatildeo apresentados na Tabela 37 e na

                Tabela B5 do Anexo B

                Tabela 37 ndash Resultados de ensaios de recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes Amostras contaminadas

                Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

                1 797 797 2 753 753 3 799 799 4 713 714 5 853 853

                Meacutedia 783 783 Desvio padratildeo 53 53

                A recuperaccedilatildeo foi calculada a partir da razatildeo entre o aumento de aacuterea observado e a aacuterea

                do padratildeo adicionado

                A recuperaccedilatildeo meacutedia obtida foi de 783 (com um desvio padratildeo de 53)

                Tambeacutem foram realizados ensaios de recuperaccedilatildeo a partir da soluccedilatildeo resultante da

                degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton O que se fez foi preparar um padratildeo de 100 microgL

                de BaP com essa soluccedilatildeo Os ensaios foram realizados em 3 dias diferentes e os resultados

                obtidos estatildeo apresentados na Tabela 38 e no Anexo B Tabela B6

                Resultados e Discussatildeo

                84

                Tabela 38 ndash Resultados de recuperaccedilatildeo restantes do padratildeo de 100 microgL preparado com a soluccedilatildeo resultante da degradaccedilatildeo com o reagente de Fenton

                Amostras contaminadas

                Dia Recuperaccedilatildeo meacutedia Concentraccedilatildeo obtida microgL

                1 485 485

                2 376 376

                3 458 458

                Meacutedia 440 440

                Desvio padratildeo 57 57

                Da anaacutelise da recuperaccedilatildeo obtida com os padrotildees preparados com a soluccedilatildeo resultante da

                degradaccedilatildeo com reagente de Fenton verificou-se que a de recuperaccedilatildeo baixou cerca de

                44 relativamente agrave obtida com padrotildees ideais o que quer dizer que existe uma possiacutevel

                interferecircncia da matriz no processo de anaacutelise

                315 Incerteza Global

                A incerteza global representa uma medida da possiacutevel variabilidade e consequente

                fiabilidade do meacutetodo analiacutetico A avaliaccedilatildeo da incerteza associada ao meacutetodo analiacutetico que

                foi validado eacute a etapa final da validaccedilatildeo que conduz ao resultado plusmn Incerteza

                A avaliaccedilatildeo da incerteza global com base na metodologia descrita pela Eurachem (2000)

                combina as contribuiccedilotildees de todas as fontes de incerteza julgadas significativas pelo operador

                de forma a conduzir a uma melhor interpretaccedilatildeo final do resultado e constatar as fontes de

                erro que mais contribuem

                Neste trabalho foram contabilizadas quatro incertezas individuais para o caacutelculo da

                incerteza global

                Resultados e Discussatildeo

                85

                Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

                Incerteza associada agrave recta de calibraccedilatildeo U2

                Incerteza associada agrave precisatildeo U3

                Incerteza associada agrave exactidatildeo U4

                A incerteza global do meacutetodo analiacutetico de quantificaccedilatildeo do BaP eacute determinada pela seguinte

                expressatildeo

                (Equaccedilatildeo 15)

                Em que U representa a incerteza global em

                3151 Incerteza associada agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees U1

                Esta incerteza foi calculada recorrendo agrave expressatildeo

                (Equaccedilatildeo 16)

                Onde eacute o erro associado agrave mediccedilatildeo de uma determinada grandeza como por exemplo

                preparaccedilatildeo de soluccedilotildees e mi eacute o valor medido da respectiva grandeza

                Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee do BaP (M1) de 10 mgL

                A incerteza associada aos equipamentos de mediccedilatildeo de volumes usados (micropipeta e

                balotildees volumeacutetricos) na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee e dos padrotildees do BaP satildeo apresentados na

                Tabela 39 As incertezas dos balotildees volumeacutetricos foram estimadas a partir dos intervalos de

                confianccedila indicados nos mesmos e considerando uma distribuiccedilatildeo triangular dos erros

                (EurachemCITAC Guide 2000)

                (Equaccedilatildeo 17)

                Resultados e Discussatildeo

                86

                Sendo a o intervalo de confianccedila da distribuiccedilatildeo

                As incertezas da micropipeta foram retiradas dos valores tabelados da mesma e

                fornecidos pelo fabricante no que respeita aos extremos (10 e 100 microL) os restantes foram

                obtidos por interpolaccedilatildeo dos valores tabelados

                Tabela 39 ndash Incertezas associadas agrave mediccedilatildeo de volumes com balotildees volumeacutetricos e

                micropipetas usados na preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee (M1) e dos padrotildees do BaP incerteza da soluccedilatildeo matildee (M1)

                Capacidade (mL) 10 50 100 Toleracircncia (mL) 0025 006 01

                Balotildees Volumeacutetricos

                Incerteza (u) 0010 0024 0041

                Volume medido microL 10 20 40 60 100 Micropipeta Socorex (10-100 microL) Incerteza associada U 100 098 093 089 080

                Concentraccedilatildeo BaP (mgL) 1000 Padratildeo Comercial BaP Incerteza associada U 050

                Concentraccedilatildeo soluccedilatildeo M1 (mg L) 10 Volume padratildeo (microL) 100 Volume Final (mL) 10

                Soluccedilatildeo matildee M1

                Incerteza U 098 A incerteza relativa associada agrave preparaccedilatildeo da soluccedilatildeo matildee M1 foi calculada a partir das

                incertezas associadas ao padratildeo comercial do BaP incerteza do balatildeo volumeacutetrico e incerteza

                da micropipeta para o volume retirado segundo equaccedilatildeo 18

                =00098 (Equaccedilatildeo 18)

                Incertezas associadas agrave preparaccedilatildeo dos padrotildees do BaP usados na curva de calibraccedilatildeo

                As incertezas associadas aos padrotildees usados na curva de calibraccedilatildeo satildeo apresentadas na

                Tabela 40

                Resultados e Discussatildeo

                87

                A incerteza relativa associada agrave concentraccedilatildeo dos padrotildees usados para traccedilar a curva de

                calibraccedilatildeo foi calculada a partir das incertezas associada agrave concentraccedilatildeo e ao volume utilizado

                da soluccedilatildeo matildee M1 e agrave mediccedilatildeo de volume no balatildeo volumeacutetrico (Equaccedilatildeo 19)

                (Equaccedilatildeo 19)

                Tabela 40 - Incerteza relativa associada agraves concentraccedilotildees dos padrotildees do BaP

                Soluccedilatildeo matildee do BaP M1 Vol retirado da Sol

                matildee M1 Balatildeo volumeacutetrico

                Concentraccedilatildeo BaP microgL

                Concentraccedilatildeo mgL

                Incerteza U

                Volume (mL)

                Incerteza micropipeta

                U Volume

                (mL)

                Incerteza absoluta u (mL)

                U1 padrotildees

                1 10 100E-02 100 0100 140

                10 10 100E-02 10 0025 142

                40 40 930E-03 10 0025 137

                60 60 890E-03 10 0025 134

                100

                10 00098

                100 800E-03 10 0025 129

                3152 Incerteza associada agrave curva de calibraccedilatildeo U2

                Calculou-se a incerteza relativa associada ao caacutelculo do valor da concentraccedilatildeo obtido

                pela recta de calibraccedilatildeo ou seja

                (Equaccedilatildeo 20)

                Sendo o desvio padratildeo da concentraccedilatildeo calculado pela Equaccedilatildeo 21 e a concentraccedilatildeo

                calculada atraveacutes da recta de calibraccedilatildeo Os resultados indicam-se na Tabela 41e Tabela B7

                do Anexo B

                (Equaccedilatildeo 21)

                Resultados e Discussatildeo

                88

                Em que N eacute o nuacutemero de pontos experimentais e n o nuacutemero de ensaios efectuados para cada

                padratildeo neste caso n=2

                Tabela 41 - Incerteza relativa associada agrave curva de calibraccedilatildeo na anaacutelise do BaP Xi ux0 U2=ux0x0 1 112 5676 10 106 1074 40 096 250 60 099 164 100 127 126

                3153 Incerteza associada agrave precisatildeo U3

                A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada a partir de 3 amostras com

                aproximadamente 10 60 e 100 microgL do BaP em 5 dias diferentes Os resultados obtidos estatildeo

                apresentados na Tabela 42 e B4 (do anexo B)

                A incerteza relativa associada agrave precisatildeo foi calculada segundo as equaccedilotildees 22 e 23

                (Equaccedilatildeo 22)

                (Equaccedilatildeo 23)

                Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

                nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5) e a concentraccedilatildeo meacutedia dos ensaios

                efectuados

                Resultados e Discussatildeo

                89

                Tabela 42 ndash Incertezas relativas associadas agrave precisatildeo na anaacutelise do BaP

                Concentraccedilatildeo das amostras do BaP (microgL) 10 60 100

                n 5 5 5 Concentraccedilatildeo meacutedia (microgL) 106 598 1171 Desvio padratildeo (microgL) 15 30 42 Incerteza absoluta u (microgL) 066 133 186

                Incerteza relativa (U3) 623 223 159

                3154 Incerteza associada agrave Exactidatildeo U4

                A incerteza absoluta associada agrave exactidatildeo eacute obtida a partir dos ensaios de recuperaccedilatildeo

                realizados (Tabela 43) sendo calcula pela equaccedilatildeo 24

                (Equaccedilatildeo 24)

                Sendo s o desvio padratildeo das mediccedilotildees das concentraccedilotildees realizadas em dias diferentes n o

                nuacutemero de mediccedilotildees efectuadas (n=5)

                Tabela 43 ndash Incerteza associada agrave exactidatildeo na anaacutelise do BaP n 5

                Rmax 853 Rmin 714

                Rmeacutedio 783 Desvio padratildeo 53

                U4 008

                Resultados e Discussatildeo

                90

                3145 Incerteza Global Uglobal

                A incerteza global do meacutetodo foi calculada a partir dos componentes da incerteza

                Preparaccedilatildeo de padrotildees (U1) Calibraccedilatildeo (U2) Precisatildeo (U3) e Exactidatildeo (U4) Foi obtida

                segundo a equaccedilatildeo 15 e os resultados satildeo apresentados na Tabela 44

                Tabela 44 ndash Incerteza global associada agrave anaacutelise do BaP e respectivos componentes da incerteza

                Concentraccedilatildeo BaP (microgL) U1 () U2 () U3 () U4 () Uglobal ()

                100 140 5676 1625 008 591

                1000 142 1074 630 008 125

                4000 137 250 284 008 40

                6000 134 164 217 008 30

                10000 129 126 161 008 24

                A incerteza global do meacutetodo analiacutetico foi representada em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do

                BaP na Figura 26

                Figura 26 ndash Incerteza Global em funccedilatildeo da concentraccedilatildeo do BaP

                Resultados e Discussatildeo

                91

                A incerteza global manteacutem-se praticamente constante para as gamas de concentraccedilatildeo

                altas subindo exponencialmente para as gamas de concentraccedilatildeo mais baixas

                A estimativa global da incerteza associada agrave mediccedilatildeo analiacutetica eacute hoje em dia de

                primordial importacircncia e eacute frequentemente esquecida na bibliografia cientiacutefica Quando se

                trata da determinaccedilatildeo compostos vestigiais a incerteza eacute muitas vezes da mesma ordem de

                grandeza dos resultados fazendo com que a determinaccedilatildeo dos mesmos natildeo tenha significado

                em estudos de degradaccedilatildeo

                Como neste meacutetodo para a concentraccedilatildeo mais baixa (1 microgL) obteve-se uma valor de

                incerteza de 591 devemos ter atenccedilatildeo agraves conclusotildees retiradas para concentraccedilotildees desta

                ordem de grandeza

                A estimativa da incerteza pela metodologia Eurachem foi comparada com a metodologia

                prevista por Horwitz (1982) baseando-se esta na seguinte foacutermula

                (Equaccedilatildeo 26)

                Sendo C a concentraccedilatildeo do analito (em fracccedilatildeo maacutessica)

                Este tipo de foacutermula simples e empiacuterica eacute completamente indiferente ao tipo de analito

                matriz e meacutetodo aplicado Tem no entanto a vantagem de possibilitar de uma forma muito

                imediata a estimativa da incerteza global sem recorrer aos paracircmetros de validaccedilatildeo

                No entanto Thompson verificou que tal equaccedilatildeo poderia natildeo ser valida em todos os casos

                propondo o seguinte

                Se Clt1210-7 rArr σR=022 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

                corresponde a 120 microgKg)

                Se 1210-7leCle0138 rArr σR=02(1-05logC) Equaccedilatildeo de Horwitz

                Se Cge0138 rArr σR=001C05 (sendo C em fracccedilatildeo maacutessica o que

                corresponde a 138 gKg)

                Resultados e Discussatildeo

                92

                As gamas de concentraccedilatildeo deste trabalho ficam claramente sob as condiccedilotildees da primeira

                expressatildeo Assim sendo o resultado da incerteza para o BaP eacute de 22 em toda a gama de

                concentraccedilotildees usadas

                Na Figura 27 apresenta-se a comparaccedilatildeo das duas formas de caacutelculo da incerteza global

                Figura 27 ndash Comparaccedilatildeo da incerteza combinada estimada segundo o meacutetodo passo a passo e

                segundo Thompson (2000) para o BaP

                Ao observar a Figura 27 reparamos que para a gama de baixas concentraccedilotildees a incerteza

                segundo Thompson (2000) eacute inferior o quereria dizer que estariacuteamos a obter uma estimativa

                da incerteza por defeito ao passo que para concentraccedilotildees mais altas estariacuteamos por excesso

                Pode-se assim considerar que a incerteza segundo Thompson (2000) eacute um resultado

                vaacutelido como primeira estimativa uma vez que eacute uma maneira bastante expedita de prever a

                incerteza analiacutetica No entanto deve ser sempre realizado um estudo mais aprofundado do

                caacutelculo de incerteza Realizar o estudo passo a passo natildeo soacute permite saber com mais

                seguranccedila o valor da incerteza como tambeacutem permite saber qual o factor que mais contribui

                para o aumento da incerteza global

                Resultados e Discussatildeo

                93

                Na Figura 28 podemos constatar que as fontes que mais contribuiacuteram para o resultado da

                incerteza global foram as incertezas da calibraccedilatildeo e da precisatildeo

                Figura 28 ndash Contribuiccedilatildeo das incertezas individuais no resultado da incerteza global

                32 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

                De seguida apresentam-se os resultados finais relativamente agraves variaacuteveis optimizadas na

                degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton (pH temperatura concentraccedilatildeo de ferro e

                concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio)

                Um dos objectivos deste trabalho foi estudar o comportamento do BaP relativamente agrave

                degradaccedilatildeo com reagente de Fenton numa matriz aquosa A reacccedilatildeo com reagente de Fenton

                baseia-se fundamentalmente na geraccedilatildeo de radicais livres em particular de radicais hidroxilo

                que satildeo altamente oxidantes e reactivos com a maioria dos contaminantes orgacircnicos presentes

                Todas as experiecircncias de optimizaccedilatildeo foram realizadas partindo da concentraccedilatildeo inicial

                do BaP de 10 microgL

                Resultados e Discussatildeo

                94

                321 Optimizaccedilatildeo do pH

                As propriedades oxidantes do reagente de Fenton dependem do pH sendo que o pH

                oacuteptimo para este processo de degradaccedilatildeo se situa entre 3 e 6 Para pH superior a 6 existe

                grande probabilidade de ocorrecircncia de hidroacutexido de ferro baixando a eficiecircncia da degradaccedilatildeo

                para aleacutem de a estes pH o ferro catalisar a decomposiccedilatildeo do peroacutexido de hidrogeacutenio em aacutegua e

                oxigeacutenio natildeo havendo formaccedilatildeo dos radicais hidroxilo Para pH inferior a 3 tambeacutem existe

                perda de eficiecircncia da degradaccedilatildeo embora natildeo seja tatildeo acentuada

                Os resultados obtidos da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton nas condiccedilotildees

                referidas na Tabela 30 conduziram aos resultados representados na Figura 29 (os dados desses

                resultados estatildeo apresentados na Tabela C1 do Anexo C)

                Figura 29 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes pH e [BaP]inicial= 10 microgL

                Relativamente agrave optimizaccedilatildeo do pH constatou-se que para pH=59 a degradaccedilatildeo foi

                melhor em termos de de degradaccedilatildeo quer em termos de velocidade de reacccedilatildeo tal como

                demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto foi escolhido o pH 35 uma vez que para

                este valor Beltraacuten tambeacutem obteve bons resultados tal como Rodolfo 2004

                Resultados e Discussatildeo

                95

                322 Optimizaccedilatildeo da Temperatura

                Como anteriormente referido a velocidade da reacccedilatildeo aumenta com o aumento de

                temperatura No entanto para temperaturas superiores a 40 50ordmC existe uma perda de

                eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo devido agrave decomposiccedilatildeo acelerada do peroacutexido em aacutegua

                e oxigeacutenio Mas para temperaturas inferiores a 20ordmC o efeito negativo eacute mais acentuado

                A determinaccedilatildeo da temperatura oacuteptima conduziu aos resultados apresentados no anexo C

                (Tabela C2) A Figura 30 representa a comparaccedilatildeo entre as experiecircncias realizadas a

                diferentes temperaturas e a pH=35 As condiccedilotildees de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela

                31

                Figura 30 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes temperaturas e [BaP]inicial= 10 microgL

                Na Figura 30 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo do BaP com

                reagente de Fenton a diferentes temperaturas Da anaacutelise graacutefica pode concluir-se que todas

                as temperaturas conduzem a bons resultados no entanto agrave temperatura de 30 ordmC a reacccedilatildeo

                mostrou-se mais lenta ou seja demorou mais tempo a atingir a mesma fracccedilatildeo de degradaccedilatildeo

                que os restantes ensaios

                Resultados e Discussatildeo

                96

                As temperaturas para as quais se registaram melhores resultados foram 50 e 70 ordmC tal

                como seria de esperar e demonstrado por Beltraacuten et al em 1997 No entanto como neste tipo

                de processos a vertente econoacutemica eacute muitas vezes o factor limitante e a 70 ordmC existe o risco de

                a velocidade de decomposiccedilatildeo do H2O2 aumentar optou-se por escolher a T= 40 ordmC para a

                qual se registou valores de degradaccedilatildeo semelhantes aacutes temperaturas de 50 e 70 ordmC a partir dos

                15 minutos de reacccedilatildeo

                323 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Fe2+

                O iatildeo ferro funciona como espeacutecie catalizadora do processo A eficiecircncia do processo

                aumenta com o aumento da concentraccedilatildeo inicial de ferro Um excesso de ferro tambeacutem pode

                baixar a eficiecircncia do processo de degradaccedilatildeo por consumo de radicais hidroxilo Natildeo se

                realizou experiecircncias com concentraccedilatildeo de ferro superior a 55 mgL uma vez que para esta

                concentraccedilatildeo se verificou que a reacccedilatildeo era bastante raacutepida mas o resultado obtido em termos

                de eficiecircncia do processo era o mesmo para aleacutem disso havendo um excesso de ferro este

                pode reagir com os radicais hidroxilo Relativamente agrave concentraccedilatildeo de 2 mgL natildeo se

                realizaram experiecircncias com concentraccedilotildees mais baixa uma vez que para esta jaacute se verificava

                ema reacccedilatildeo mais lenta atingia-se a mesma concentraccedilatildeo final mais com mais tempo de

                degradaccedilatildeo

                Apoacutes ter encontrado o pH e temperatura oacuteptimos foi-se determinar a concentraccedilatildeo oacuteptima

                de catalisador A determinaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ oacuteptima conduziu aos resultados

                apresentados no anexo C (Tabela C3) As Figuras 31 e 32 representam a comparaccedilatildeo entre as

                experiecircncias realizadas a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ a pH=35 e T=40 ordmC As condiccedilotildees

                de operaccedilatildeo estatildeo apresentadas na Tabela 32

                Resultados e Discussatildeo

                97

                Figura 31 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

                Figura 32 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes concentraccedilotildees de Fe2+ nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 31 e [BaP]inicial= 10 microgL

                Resultados e Discussatildeo

                98

                Da anaacutelise graacutefica dos resultados com variaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+ constatou-se que

                as concentraccedilotildees que apresentavam melhores resultados em termos de degradaccedilatildeo do BaP

                eram Fe2+=55 375 e 3 mgL ou seja as concentraccedilotildees mais altas de Fe2+ Optou-se por

                escolher a concentraccedilatildeo de 375 mgL por ser uma boa alternativa econoacutemica e por apresentar

                resultados de degradaccedilatildeo mais estaacuteveis do que para a concentraccedilatildeo de 300 mgL Verificou-

                se que esta concentraccedilatildeo se encontrava dentro do limiar miacutenimo de concentraccedilatildeo de ferro tal

                como referido anteriormente Beltraacuten et al em 1997 obteve uma concentraccedilatildeo oacuteptima de

                ferro de 284 mgL para uma concentraccedilatildeo de Fluoreno de 5210-6 M

                324 Optimizaccedilatildeo da Concentraccedilatildeo de Peroacutexido de Hidrogeacutenio

                O peroacutexido de hidrogeacutenio eacute a espeacutecie fornecedora de radicais hidroxilo Um excesso de

                peroacutexido de hidrogeacutenio tambeacutem pode baixar a eficiecircncia da degradaccedilatildeo com reagente de

                Fenton isto devido eacute existecircncia de reacccedilotildees parasitas de consumo de radicais hidroxilo

                Nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 33 foram realizadas experiecircncias com variaccedilatildeo da

                concentraccedilatildeo de peroacutexido de hidrogeacutenio Os resultados obtidos neste processo de optimizaccedilatildeo

                estatildeo apresentados no Anexo C (Tabela C4) As Figuras 33 e 34 representam os resultados de

                degradaccedilatildeo obtidos

                Na Figura 34 mostra-se mais pormenorizadamente os resultados obtidos (alteraccedilatildeo de

                escala)

                Resultados e Discussatildeo

                99

                Figura 33 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

                Figura 34 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos resultados de degradaccedilatildeo do BaP com reagente de

                Fenton a diferentes concentraccedilotildees de H2O2 nas condiccedilotildees apresentadas na Tabela 32 e [BaP]inicial= 10 microgL

                Resultados e Discussatildeo

                100

                Da anaacutelise das Figuras 33 e 34 concluiu-se que os resultados de degradaccedilatildeo com reacccedilatildeo

                mais eficiente (mais raacutepida) foi obtida para as concentraccedilotildees de peroacutexido de hidrogeacutenio de 50

                e 150 mgL concentraccedilotildees mais altas tal como demonstrou Beltraacuten et al em 1997 Mais

                uma vez o factor econoacutemico pesou na decisatildeo optando-se por uma concentraccedilatildeo de H2O2 de

                50 mgL

                Beltraacuten et al em 1997 obteve como concentraccedilatildeo oacuteptima de H2O2 na degradaccedilatildeo de

                5210-6 M de Fluoreno com reagente de Fenton 10-3 M (38 mgL)

                Na Figura 33 podemos ainda observar que para razotildees CC0 baixas obtiveram-se

                flutuaccedilotildees nos resultados ao longo da degradaccedilatildeo isto traduz a realidade encontrada no

                caacutelculo da incerteza global para concentraccedilotildees baixas as incerteza satildeo grandes

                Os resultados de optimizaccedilatildeo obtidos encontram-se compilados na Tabela 45

                Tabela 45 ndash Resultados da optimizaccedilatildeo dos paracircmetros para reagente

                de Fenton na degradaccedilatildeo de 10 microgL do BaP

                Paracircmetros de optimizaccedilatildeo Resultado

                pH 35

                Temperatura ordmC 40

                Concentraccedilatildeo de Fe2+ (mgL) 375

                Concentraccedilatildeo de H2O2 (mgL) 500

                [Fe2+][H2O2] (massa) 0075

                [H2O2][Fe2+] (massa) 133

                Comparando estes resultados com os obtidos por Beltraacuten et al em 1997 ([Fe2+]=510-5

                M (284 mgL) [H2O2]=110-3 M (38 mgL) [Fe2+][H2O2]=0075 (massa)

                [H2O2][Fe2+]=134 (massa)) em termos de razotildees podemos dizer que satildeo iguais embora neste

                trabalho se tenha usado concentraccedilotildees superiores de ferro e peroacutexido de hidrogeacutenio

                Resultados e Discussatildeo

                101

                Tal como apresentado na Tabela 46 os valores de percentagem de degradaccedilatildeo do BaP satildeo

                bastante bons e podemos constatar que ao fim de 15 min de reacccedilatildeo 984 de BaP tinha sido

                degradado Beltraacuten et al em 1997 tambeacutem obteve de degradaccedilatildeo desta ordem de grandeza

                nas condiccedilotildees oacuteptimas definidas para a degradaccedilatildeo de Fenton

                Tabela 46 ndash Resultados da de degradaccedilatildeo do BaP para concentraccedilatildeo inicial de 10 microgL nas condiccedilotildees oacuteptima mencionadas na Tabela 45

                [BaP] microgL

                Tempo (min) Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

                final microgL Correcccedilatildeo de

                volume BaP microgL CC0

                0 13715400 --- 1000 1000 100 0 9552226 304 696 689 069 2 463327 966 034 033 003

                15 223273 984 016 016 002 30 186687 986 014 013 001 45 115533 992 008 008 001 60 ND 1000 000 000 000 75 ND 1000 000 000 000

                10

                90 ND 1000 000 000 000 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo (meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Eacute no entanto de referir que para a maior parte das experiecircncias os resultados obtidos

                foram inferiores ao limite de detecccedilatildeo do meacutetodo Como foi referido anteriormente sabemos

                que para concentraccedilotildees desta ordem de grandeza a incerteza eacute grande podendo justificar

                algumas variaccedilotildees nos resultados da concentraccedilatildeo

                Apesar de todas as experiecircncias terem sido realizadas para a concentraccedilatildeo inicial do BaP

                de 10 microgL e de se ter constatado que para concentraccedilotildees abaixo desta os valores da incerteza

                satildeo elevados eacute esta gama de concentraccedilatildeo que nos interessa trabalhar uma vez que eacute a que

                melhor traduz a realidade ou seja amostras contaminadas poderatildeo andar em valores de

                concentraccedilatildeo desta ordem de grandeza

                325 Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno nas Condiccedilotildees Optimizadas

                Apoacutes ter determinado as condiccedilotildees oacuteptimas para a degradaccedilatildeo com reagente de Fenton de

                10 microgL do BaP decidiu-se experimentar essas mesmas condiccedilotildees em concentraccedilotildees mais

                elevadas do BaP (20 60 e 100 microgL) Os resultados obtidos encontram-se apresentados no

                Resultados e Discussatildeo

                102

                Anexo C (Tabela C5) Na Figura 35 estatildeo representados os resultados obtidos na degradaccedilatildeo

                de diferentes concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas

                Figura 35 ndash Representaccedilatildeo graacutefica dos ensaios com reagente de Fenton a diferentes

                concentraccedilotildees do BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas encontradas pH=35 Temperatura=40 ordmC Concentraccedilatildeo de Fe2+=375 mgL Concentraccedilatildeo de H2O2=50 mgL

                Tal como seria de esperar esta optimizaccedilatildeo funcionou para concentraccedilotildees baixas mas

                aumentando a concentraccedilatildeo do BaP a de degradaccedilatildeo diminuiu (para 100 microgL obteve-se

                uma de degradaccedilatildeo do BaP aproximadamente 50) e a velocidade da reacccedilatildeo tambeacutem

                diminuiu Seraacute entatildeo aconselhaacutevel usar estas condiccedilotildees oacuteptimas de reagente de Fenton mas

                em proporccedilatildeo com a concentraccedilatildeo do BaP

                Apoacutes a anaacutelise de resultados pode verificar-se que a equaccedilatildeo obtida por Tang e Huang

                (1997) em concentraccedilotildees molares corresponde tambeacutem ao nosso caso e apoacutes efectuar o

                caacutelculo verificou-se que para uma concentraccedilatildeo de Fe2+ de 375 mgL (6710-5 molL) seria

                necessaacuterio usar uma concentraccedilatildeo de H2O2 de 1110-3 molL tendo sido obtido 1310-3

                molL (50 mgL) o que quer dizer que a relaccedilatildeo empiacuterica poderia ser usada neste caso

                Relativamente aos resultados devemos estar atentos agrave gama de concentraccedilotildees em que

                estamos a trabalhar Pois tal como jaacute foi referido e apesar desta situaccedilatildeo traduzir a realidade o

                Resultados e Discussatildeo

                103

                facto de trabalharmos em baixas concentraccedilotildees faz com que a maior parte dos valores de

                concentraccedilatildeo obtidos apoacutes a degradaccedilatildeo esteja abaixo do limite de detecccedilatildeo encontrado para

                o meacutetodo analiacutetico Aleacutem disso as incertezas do meacutetodo para estas concentraccedilotildees satildeo elevadas

                Da realizaccedilatildeo deste trabalho podemos concluir que o processo de degradaccedilatildeo com

                reagente de Fenton eacute um processo da qual se obteve uma boa eficiecircncia de degradaccedilatildeo do Bap

                os custos de equipamento satildeo baixos e faacuteceis de implementar natildeo se trabalha com pressotildees

                nem temperaturas elevadas natildeo havendo por isso riscos para os operadores e reagentes de

                baixo custo comercial No entanto neste tipo de processos existe o inconveniente da produccedilatildeo

                de lamas e de subprodutos da reacccedilatildeo que necessitam de ser identificados para verificar qual

                a possibilidade de envio para aterros sanitaacuterios no caso de fase soacutelida ou de submeter a outro

                tipo de tratamento pe biodegradaccedilatildeo no caso da fase soacutelida e ou liacutequida A caracterizaccedilatildeo

                do efluente final poderia ser realizada por GCMS de forma a obter uma informaccedilatildeo quanto

                aos produtos de degradaccedilatildeo e a sua possiacutevel toxicidade

                A produccedilatildeo excessiva de lamas bem como a toxicidade do produto final pode por em

                causa este tipo de processo de degradaccedilatildeo Pois o custo do tratamento posterior poderaacute ser

                bastante elevados natildeo compensando relativamente a outros tipos de processos

                Este processo nas condiccedilotildees optimizadas poderia ainda ser testado em outros PAHs ou

                mesmo em misturas de PAHs tendo presente que as caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas dos PAHs

                satildeo diferentes e que quanto maior o nuacutemero de aneacuteis aromaacuteticos que possuem mais difiacuteceis

                satildeo de degradar

                Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

                104

                4 Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

                O principal objectivo deste trabalho consistiu no estudo da degradaccedilatildeo do BaP um

                poluente com elevada toxicidade atraveacutes do reagente de Fenton Tendo presente tal objectivo

                o trabalho desenvolvido dividiu-se em duas partes validaccedilatildeo do meacutetodo de anaacutelise do BaP e

                estudo da degradaccedilatildeo deste composto por oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                O meacutetodo de anaacutelise para a quantificaccedilatildeo do BaP baseou-se na teacutecnica de Cromatografia

                Liacutequida de Alta resoluccedilatildeo (HPLC) com detecccedilatildeo por fluorescecircncia O limite de detecccedilatildeo

                obtido foi de 237 microgL o que foi um limite bastante bom comparado com os encontrados na

                literatura para a gama de concentraccedilotildees em que se realizou a curva de calibraccedilatildeo

                A precisatildeo intermeacutedia do meacutetodo foi avaliada atraveacutes do CV a trecircs niacuteveis de

                concentraccedilatildeo do BaP os resultados obtidos foram 139 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de

                106 microgL 50 para uma concentraccedilatildeo meacutedia de 598 microgL e 35 para uma concentraccedilatildeo

                meacutedia de 1171 microgL

                Relativamente agrave exactidatildeo esta foi calculada atraveacutes de ensaios de recuperaccedilatildeo realizado

                por contaminaccedilatildeo de amostras com um padratildeo de 100 microgL de BaP Os resultados obtidos

                foram de 783 de recuperaccedilatildeo com um desvio padratildeo de 53

                Os ensaios de validaccedilatildeo contaram ainda com o caacutelculo da incerteza global obtendo-se

                valores le 4 para concentraccedilotildees compreendidas entre 40 e 100 microgL aumentando

                consideravelmente para concentraccedilotildees mais baixas (maacuteximo de 591 para a concentraccedilatildeo de

                1 microgL)

                Em resultados preliminares com reagente de Fenton constatou-se que o processo de

                oxidaccedilatildeo era um processo raacutepido e eficiente atingindo aproximadamente a degradaccedilatildeo total do

                BaP num curto intervalo de tempo e tambeacutem eacute econoacutemico pois as quantidades de reagente

                usadas satildeo miacutenimas

                Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

                105

                Foram avaliados os efeitos de vaacuterias variaacuteveis na oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                nomeadamente pH temperatura concentraccedilatildeo de iatildeo ferro e concentraccedilatildeo de peroacutexido de

                hidrogeacutenio Verificou-se que a degradaccedilatildeo aumentava agrave medida que estas variaacuteveis tambeacutem

                aumentavam

                Nas condiccedilotildees estudadas os resultados mais favoraacuteveis quer em termos de percentagem

                de degradaccedilatildeo quer em termos de custo foram pH=35 T=40 ordmC [Fe2+]=375 mgL e

                [H2O2]=50 mgL

                Apesar de se ter obtido resultados bastante aliciantes neste trabalho com reagente de

                Fenton deve-se ter consciecircncia de que os limites legais impostos pela legislaccedilatildeo natildeo atingidos

                pois a gama de concentraccedilotildees eacute bastante mais alta do que a gama dos limites impostos e o

                limite de detecccedilatildeo obtido no meacutetodo foi de 237 microgL Aleacutem disso tambeacutem natildeo se sabe se a

                reacccedilatildeo foi completa e quais os produtos de degradaccedilatildeo obtidos Tambeacutem haacute que ter em conta

                que a incerteza deste meacutetodo para concentraccedilotildees baixa satildeo elevadas No entanto o estudo

                realizado com concentraccedilatildeo de BaP de 10 microgL traduz uma realidade das concentraccedilotildees

                encontradas no ambiente em amostras aquosas

                Sugestotildees Futuras

                Devido ao facto do processo de optimizaccedilatildeo envolver 4 variaacuteveis este torna-se demasiado

                complexo e demorado no entanto podia-se usar as experiecircncias realizadas neste trabalho e

                recorrer agrave experimentaccedilatildeo factorial avaliando a influecircncia de diferentes variaacuteveis operatoacuterias

                na degradaccedilatildeo Ou mesmo realizar uma experimentaccedilatildeo com a aplicaccedilatildeo informaacutetica JMP

                (The statistical Discovery Software)

                Tambeacutem seria interessante identificar os produtos resultantes da degradaccedilatildeo (por

                exemplo por GCMS) e se estes forem diferentes dos compostos resultantes da oxidaccedilatildeo

                completa (CO2 e H2O) estudar a biodegradaccedilatildeo (por bacteacuterias ou fungos) desses compostos

                tendo como base os resultados apresentados no capiacutetulo de biodegradaccedilatildeo

                Conclusotildees e Sugestotildees para Trabalho Futuro

                106

                Claro que uma sugestatildeo para futuro natildeo podia deixar de ser a realizaccedilatildeo de experiecircncias

                com matrizes naturais (amostras reais) e testar as condiccedilotildees oacuteptimas de degradaccedilatildeo com

                reagente de Fenton encontradas neste trabalho acompanhado do estudo da cineacutetica de

                degradaccedilatildeo

                No processo de oxidaccedilatildeo quiacutemica seria interessante do ponto de vista ambiental e

                econoacutemico estudar a possibilidade de reciclar o ferro utilizado ou seja no fim da oxidaccedilatildeo

                provocava-se a precipitaccedilatildeo do ferro por aumento de pH

                Uma outra sugestatildeo seria testar as condiccedilotildees oacuteptimas obtidas neste trabalho com outros

                PAHs ou mesmo com misturas destes compostos tendo em atenccedilatildeo de que cada composto

                possui caracteriacutesticas fiacutesico quiacutemicas diferentes e que quantos mais aneacuteis benzeacutenicos tiverem

                mais difiacutecil seraacute a degradaccedilatildeo (tambeacutem depende da forma como estes aneacuteis estatildeo combinados)

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                Anexo A

                125

                Anexo A

                Efeitos do Benzo(a)Pireno

                Anexo A

                126

                Tabela A1 ndash Sumaacuterio dos estudos do efeito do BaP em animais usando diferentes vias de administraccedilatildeo (ATSDR 2001) Espeacutecie Administraccedilatildeo Duraccedilatildeo Resultadolocal Bibliografia

                Newborne Mouse Intraperitonial 3 dias +pulmotildees Levin et al 1984

                Hamster Intratraquial 30 semanas - Sellakumar and Shubik 1974

                Mouse Subcutacircneo dose simples +sarcomas no local da injecccedilatildeo Pfeiffer 1977

                Newborne Mouse Intraperitonial dose simples +Fiacutegado LaVoie et al 1984

                Newborne Mouse Intraperitonial sem registo +pulmotildees Busby et al 1984

                Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1988b 1988c

                Mouse Intra vaginal 5 meses +cerviz Naslund et al 1987

                Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Deutsch-wenzel et al 1983

                Hamster Intratraquial croacutenico - Kunstler 1983

                Rat Implante traqueia intermeacutedio +traqueia Nettesheim et al 1977

                Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Iwagawa et al 1989

                Newborne Mouse Subcutacircneo 15 dias +pulmotildees Busby et al 1989

                Rat Intra mamaacuterio dose simples +glacircndula mamaacuteria Cavalieri et al 1991

                Mouse Uterino 2 dias +pulmotildees Turusov et al 1990

                Rat Intrapulmonar dose simples +pulmotildees Wenzel-Hartung et al 1990

                Mouse Intraperitonial dose simples +pulmotildees Mass et al 1993

                Anexo B

                127

                Anexo B

                Validaccedilatildeo do Meacutetodo Analiacutetico

                Anexo B

                128

                Nas tabelas B1 e B2 estatildeo apresentados os resultados obtidos para a construccedilatildeo das cartas

                de controlo realizadas para 2 padrotildees (10 e 100 microgL)

                Tabela B1 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 10 microgL

                Aacuterea (Volt)

                Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 10 microgL

                1 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1837494

                2 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3776101

                3 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

                4 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2552441

                5 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4941311

                6 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3781841

                7 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1066978

                8 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 4419693

                9 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3631906

                10 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1644787

                11 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 5360873

                12 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2530084

                13 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 3227520

                14 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2714619

                15 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 933603

                16 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 2549126

                17 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 836276

                18 2718165 5434447 1884 17661483 -14945201 1106571

                Anexo B

                129

                Tabela B2 ndash Dados da construccedilatildeo da carta de controlo do padratildeo de 100 microgL

                Aacuterea (Volts)

                Amostras X LCIS LCII LCSS LCSI Padratildeo 100 microgL

                1 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 105188546

                2 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 112353274

                3 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

                4 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 100961227

                5 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 111687027

                6 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 120384125

                7 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 97453192

                8 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118891488

                9 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 118027355

                10 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 122841116

                11 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 143756917

                12 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 138716480

                13 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

                14 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 113799661

                15 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 96942544

                16 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 94160590

                17 114137119 142061288 86212949 156023372 72250865 129209750

                Nesta parte do Anexo B apresentam-se os resultados obtidos na quantificaccedilatildeo do BaP

                para a construccedilatildeo da curva de calibraccedilatildeo e validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico com respectivo

                caacutelculo de incertezas

                Anexo B

                130

                Tabela B3 - Resultados da calibraccedilatildeo analiacutetica do BaP Conc

                BaP(microgL) ABaP (Volts) (Volts) SBaP (Volts) CVBaP

                1 480671 305098 392885 1241489 316

                10 8255030 8127357 8191194 902784 11

                40 35576224 36915268 36245746 9468471 26

                60 57957932 57618176 57788054 2402438 04

                100 97686736 97219647 97453192 3302818 03

                Tabela B4 ndash Resultados da Precisatildeo do meacutetodo analiacutetico

                Padratildeo de 10 microgL Padratildeo de 60 microgL Padratildeo de 100 microgL Dia Aacuterea

                (volts) A meacutedia BaP

                (microgL) Aacuterea

                (volts) A meacutedia BaP

                (microgL) Aacuterea (volts) A meacutedia BaP

                (microgL)

                6747887 62519660 120393266

                6660841 62080551 120374984 1

                6521953

                6643560 83

                61340482

                61980231 645

                119429366

                120065872 1203

                9182202 55839580 120416512

                8638414 55769254 121282025 2

                8968918

                8929845 106

                54979771

                55529535 579

                119057903

                120252147 1205

                9247159 58859826 109950365

                9079287 57957932 111662157 3

                9358911

                9228452 109

                57618176

                58145311 606

                110763682

                110792068 1109

                11051272 57242886 118171990

                10407068 56680077 119331291 4

                10686850

                10715063 125

                56121956

                56681640 591

                118803050

                118768777 1190

                9525570 54447416 113571505

                9593865 54639472 114779189 5

                8161718

                9093718 108

                54128748

                54405212 568

                115723488

                114691394 1148

                Anexo B

                131

                Tabela B5 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

                Data Amostra Vamostra (micro l)

                VControlo100

                (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

                Aacuterea meacutedia Obtida

                (amostra+padratildeo)

                Area esperada

                Recuperaccedilatildeo

                14-09-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4501201 3811482 4338185 4216956 minus minus

                Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122706281 120436905 113531277 118891488 minus minus

                1 300 300 4108022 49923332 49390450 52667982 50660588 61499755 824

                2 300 300 4011863 47301873 47402435 47204591 47302966 61451675 770

                Meacutedia 797

                20-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 4897302 3960359 3303453 4053704667 minus minus

                Controlos 100 (microgL) minus minus minus 109120643 126794234 118167188 118027355 minus minus

                3 300 300 5781964 44062862 44062862 43837424 43987716 61904659 711

                4 300 300 4715133 48661083 49061552 48851174 48857936 61371244 796

                Meacutedia 753

                26-10-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus 1715750 1692586 1526025 1644787 minus minus

                Controlos 100 (microgL) minus minus minus 122553980 122086635 123882734 122841116 minus minus

                5 300 600 1070216 65234729 65326903 64982838 65181490 82250816 792

                6 300 600 33878018 77695553 77601567 77905882 77734334 93186750 834

                7 300 600 3277850 52323225 52838635 51949247 52370369 82986694 631

                8 300 600 2733889 70366532 70957778 71042729 70789013 82805374 855

                9 300 600 3068763 73716888 72737703 73405749 73286780 82916999 884

                Meacutedia 799

                Anexo B

                132

                Tabela B5 (Cont) ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP em 5 dias diferentes

                Data Amostra Vamostra (micro l)

                VControlo100

                (microgL) (micro l) Aacuterea da amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

                Aacuterea meacutedia Obtida

                (amostra+padratildeo)

                Area esperada

                Recuperaccedilatildeo

                09-11-2007 Controlos 10 (microgL) minus minus minus minus minus minus 5360873 minus minus

                Controlos 100 (microgL) minus minus minus minus minus minus 107110768 minus minus

                10 1000 1000 5360873 47271738 47544192 47471745 47429225 73194136 648

                11 1000 2000 5360873 47943123 47532562 46497650 47324445 56235820 842

                12 1000 3000 5360873 61122053 60831868 60976961 81673294 747

                13 3000 1000 5360873 18850582 19294972 18936959 19027504 30798347 618

                Meacutedia 714

                14-12-2007 Controlos 100 (microgL) minus minus minus 96885658 96199429 97254053 96779713 minus minus

                14 1000 1000 4743387 48559206 46785571 44194575 46513117 50761550 916

                15 1000 1000 45409306 71359965 69063054 67190502 69204507 93799165 738

                16 1000 1000 111555704 96755986 94136020 92113159 94335055 104167709 906

                Meacutedia 853

                Anexo B

                133

                Tabela B6 ndash Resultados dos ensaios de Recuperaccedilatildeo do BaP apoacutes reacccedilatildeo com reagente de Fenton em 3 dias diferentes

                Data Amostra Padratildeo BaP microgL

                Aacuterea amostra Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

                Aacuterea Obtida (amostra+padratildeo)

                meacutedia

                Area esperada Rec

                21-01-2008 Controlos 100 microgL minus minus 189055938 152189198 minus 170622568 minus minus

                1 100 ND 64298823 63842015 76568431 68236423 170622568 400

                2 100 ND 103444620 102699415 101619368 102587801 170622568 601

                3 100 ND 77416977 77700576 77439537 77519030 170622568 454

                Meacutedia 485

                01-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 253615558 239003420 2429729767 minus minus

                4 100 ND 94028561 94292618 89423865 92581681 242972977 376

                Meacutedia 376 09-02-2008 Controlos 100 microgL minus minus 175093399 174483535 minus 174788467 minus minus

                5 100 691418 68540992 67360793 minus 67950893 175479885 387 6 100 5808997 77215089 75594762 minus 76404926 180597464 423 7 100 52E+07 127043999 128576310 minus 1278101545 226644326 564 Meacutedia 468

                Padratildeo preparado com a soluccedilatildeo resultante da oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton ao fim dos 90 min de reacccedilatildeo ND ndash Natildeo detectaacutevel

                Anexo B

                134

                Tabela B7 ndash Paracircmetros necessaacuterios para o estudo da linearidade da resposta do HPLC e para o caacutelculo de Incerteza da calibraccedilatildeo

                X0 Xi (xi-ximeacutedia)^2 y0=ax+b yi (y0-yimedia)^2 Syxb ux0 U2=ux0x0

                20 1 169744 -5735178 392885 165E+15 114 112 5676

                99 10 103684 82927343 8191194 101E+15 114 106 1074

                384 40 484 378469078 36245746 470E+12 114 096 250 602 60 31684 575496902 57788054 307E+14 114 099 164

                1005 100 334084 969552550 97453192 324E+15 114 127 126

                Meacutedia 422 40014214

                Soma 63968

                Anexo C

                135

                Anexo C

                Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com Reagente de Fenton

                Anexo C

                136

                Exemplo de caacutelculo - Oxidaccedilatildeo com reagente de Fenton

                Dados

                M (FeSO47H2O) (gmol) 27786

                M (Na2SO3) (gmol) 12602

                M (Fe2+) (gmol) 558

                M H2O2 (gmol) 34

                H2O2 disponiacutevel (30) (gL) 339

                Volume reactor (ml) 260

                Dados das variaacuteveis

                Volume de amostra (ml) 100

                Volume extraiacutedo para anaacutelise (ml) 1

                [H2O2] (mgL) 104

                [BaP] (microgL) 10

                Volume de H2O2 a adicionar ao reactor para obter no instante zero uma concentraccedilatildeo

                de 104 mgL

                Massa de FeSO47H2O a adicionar ao reactor

                Para obter uma razatildeo Fe2+H2O2 = 0026 (massamassa) temos

                m Fe2+ = 0026m H2O2 = (0026200mgL01 L1000) 1000= 0275 mg

                sendo que 1 mol de Fe2+ = 1 mol FeSO47H2O entatildeo

                m FeSO47H2O = 0275 mg2776558 = 137 mg

                Anexo C

                137

                Massa de Na2SO3 a adicionar agraves amostras

                1 mol de Na2SO3 = 1 mol H2O2

                m Na2SO3 = (104 mgL1 ml12602 gmol)(34 gmol 1000) = 039 mg

                Nas tabelas a seguir apresentadas estatildeo os resultados obtidos nas experiecircncias realizadas

                na optimizaccedilatildeo da degradaccedilatildeo do BaP com reagente de Fenton

                Anexo C

                138

                Tabela C1 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo do pH

                Experiecircncia pH Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

                Degradaccedilatildeo Concentraccedilatildeo final

                do BaP microgL Correcccedilatildeo de

                volume BaP microgL CC0

                0 7700371 8169454 79349125 1000 1000 100

                0 5863958 6402090 6133024 204 796 788 079 2 967902 1768547 13682245 822 178 174 017 15 985930 1268392 1127161 854 146 142 014 30 667641 668501 668071 913 087 083 008 45 390775 208812 2997935 961 039 037 004 60 341882 185423 2636525 966 034 032 003 75 97771 204008 1508895 980 020 018 002

                1 35

                90 145413 142999 144206 981 019 017 002 0 4895979 4986643 4941311 1000 1000 100 0 NA NA NA 1000 990 099 2 102463 119193 110828 978 022 022 002 15 112779 153376 1330775 973 027 026 003 30 105458 150605 1280315 974 026 025 002 45 27788 126946 77367 984 016 015 001 60 ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND 1000 000 000 000

                2 59

                90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel NA ndash Natildeo analisado Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                139

                Tabela C2 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

                Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia

                degradaccedilatildeo

                Concentraccedilatildeo final do BaP microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 30512884 31612085 30512884 --- 1000 1000 100 0 27890809 27731435 27811122 104 896 887 089 2 5218498 4984230 5101364 836 164 161 016 15 3654212 3823031 3738622 880 120 117 012 30 5169979 4692703 4931341 841 159 153 015 45 1992213 2196535 2094374 933 067 064 006

                3 30

                60 1102162 986931 1044547 966 034 032 003

                0 32404591 32097305 32250948 ---- 1000 1000 100

                0 18316197 18560118 18438158 4282 572 566 057 2 4426240 3987274 4206757 8695 130 128 013 15 588450 349312 468881 9854 015 014 001 30 1772613 1007443 1390028 9569 043 041 004 45 1050373 702029 876201 9728 027 026 003 60 466838 464452 465645 9855 014 014 001

                4 40

                90 1190247 318051 754149 9766 023 022 002 Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                140

                Tabela C2 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da temperatura

                Experiecircncia Temperatura ordmC Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia degradaccedilatildeo

                Concentraccedilatildeo final do BaP

                microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 32404591 32097305 32250948 --- 1000 1000 100 0 24213176 22717677 234654265 273 727 720 072 2 1089043 981168 10351055 968 032 031 003 15 784552 580740 682646 979 021 021 002 30 256385 272455 264420 992 008 008 001 45 381261 335916 3585885 989 011 011 001 60 387933 93934 2409335 993 007 007 001

                5 50

                90 ND ND ND 1000 000 000 000

                0 20744676 20746671 207456735 --- 1000 1000 000 0 15521298 16215857 158685775 235 76 757 076 2 362235 442970 4026025 981 02 019 002 15 ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND 1000 000 000 000

                6 70

                90 ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                141

                Tabela C3 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

                Experiecircncia [Fe2+] mgL

                Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

                [BaP]

                final microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 6949862 5645971 4648841 5748224667 --- 10 1000 100 0 3969831 2635111 2586417 3063786 388 612 606 061 2 1215906 1177443 1205362 1199570 776 224 219 022 15 104426 88812 159603 117614 978 022 021 002 30 67487 ND ND 67487 996 004 004 000 45 ND 234832 ND 234832 985 015 014 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                7 20

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 5612985 5108761 --- 5360873 --- 1000 1000 100 0 4702211 4073535 3523583 4099776 235 765 757 076 2 715255 587968 604883 636035 881 119 116 012 15 364486 272368 275237 304030 943 057 055 006 30 262469 262128 248086 257561 952 048 046 005 45 220638 235859 220667 225721 958 042 040 004 60 93611 10680 76219 60170 989 011 011 001 75 90543 87301 90367 89404 983 017 016 002

                8 275

                90 63512 59522 54424 59153 989 011 010 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                142

                Tabela C3 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de Fe2+

                Experiecircncia [Fe2+] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]final microgL Correcccedilatildeo vol BaP microgL CC0

                0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 1000 1000 100 0 2565687 2445407 2440626 2483907 558 442 438 044 2 175705 383132 240809 266549 952 048 047 005

                15 163646 80409 ND 122028 987 013 012 001 30 91369 ND 104892 981305 988 012 011 001 45 ND 708583 ND 708583 958 042 040 004 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                9 300

                90 183960 135218 142725 153968 973 027 025 003 0 6949862 5645971 4648841 5748225 --- 10 1000 100 0 889275 849932 853323 864177 846 154 152 015 2 400839 404259 415858 406985 927 073 071 007

                15 ND 148875 ND 148875 991 009 009 001 30 ND ND 170426 170426 988 012 012 001 45 ND 111867 ND 111867 993 007 006 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 171568 ND ND 171568 992 008 008 001

                10 375

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 2062874 2031190 2004328 2032797 --- 1000 1000 100 0 1590564 1554534 1507612 1550903 248 752 744 074 2 307915 315157 281297 301456 854 146 143 014

                15 ND ND ND ND 1000 000 000 000 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 ND ND ND ND 1000 000 000 000 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                11 500

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                143

                Tabela C4 ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

                Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

                [BaP] final microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 15676916 13371607 12097678 1371540033 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

                15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                12 50

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 6351825 6262338 5937184 61837823 --- 1000 1000 100 0 4244750 4270881 4463816 4326482 685 315 312 031 2 297176 322804 262681 294220 979 021 021 002

                15 90572 224349 91800 135574 990 010 010 001 30 133310 ND 69808 101559 993 007 007 001 45 ND ND 82973 82973 994 006 006 001 60 ND ND 75628 75628 994 006 005 001 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                13 150

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                144

                Tabela C4 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo do BaP na optimizaccedilatildeo da concentraccedilatildeo de H2O2

                Experiecircncia [H2O2] mgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo

                [BaP] final microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 2119818 1890584 1878001 1962801 1000 1000 100 0 1972796 1883096 1867755 1907882 28 972 962 096 2 214656 236236 187725 212872 892 108 106 011

                15 69010 60289 82875 70725 964 036 035 003 30 ND ND ND ND 1000 000 000 000 45 68303 ND ND 68303 965 035 033 003 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 93256 ND 92288 92772 953 047 044 004

                14 225

                90 ND 90132 ND 90132 954 046 042 004 0 7307793 6609322 5787407 6568174 --- 1000 1000 100 0 4937067 4721562 4670310 4776313 273 727 720 072 2 1212468 917413 894383 1008088 847 153 150 015

                15 205229 694648 333554 411144 937 063 061 006 30 173633 165703 128942 156093 976 024 023 002 45 295689 202940 176389 225006 966 034 033 003 60 122556 79700 114415 105557 984 016 015 002 75 87744 ND ND 87744 987 013 012 001

                15 375

                90 132015 ND 51494 91755 986 014 013 001 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                145

                Tabela C5 ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

                Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

                final microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 15676916 13371607 12097678 13715400 --- 1000 1000 100 0 10712005 9105508 8839165 9552226 304 696 689 069 2 597147 444720 348115 463327 966 034 033 003

                15 181355 167723 320742 223273 984 016 016 002 30 287947 85427 ND 186687 986 014 013 001 45 ND 148093 82973 115533 992 008 008 001 60 ND ND ND ND 1000 000 000 000 75 ND ND ND ND 1000 000 000 000

                16 10

                90 ND ND ND ND 1000 000 000 000 0 25245447 23370750 22277989 23631395 --- 2000 2000 100 0 20128698 20776100 16421000 19108599 191 1617 1601 080 2 4317024 3975286 3990951 4094420 827 347 340 017

                15 1240535 1318434 1127468 962105 959 081 079 004 30 861882 1065458 958976 1013119 957 086 082 004 45 724924 1638454 675978 716517 970 061 058 003 60 845826 648420 655305 818373 965 069 065 003 75 872668 792218 790234 691418 971 059 054 003

                17 20

                90 664170 651672 758413 691418 971 059 054 005 ND ndash Natildeo detectaacutevel Resultados inferiores ao limite de detecccedilatildeo meramente indicativo para o caacutelculo da de recuperaccedilatildeo

                Anexo C

                146

                Tabela C5 (Cont) ndash Resultados da degradaccedilatildeo de diferentes concentraccedilotildees BaP nas condiccedilotildees oacuteptimas

                Experiecircncia [BaP] microgL Tempo (min) Aacuterea do Pico Aacuterea meacutedia Degradaccedilatildeo [BaP]

                final microgL

                Correcccedilatildeo de volume BaP

                microgL CC0

                0 78685055 77987342 70186722 75619706 --- 6000 6000 100 0 35051042 33633250 32290693 33658328 555 2671 2644 044 2 41715145 40609922 35361909 39228992 481 3113 3050 051

                15 37872794 36593129 35069126 36511683 517 2897 2810 047 30 33520626 33053467 32559185 33044426 563 2622 2517 042 45 23093755 22114940 21596617 22268437 706 1767 1679 028 60 25195998 25512705 25071376 25260026 666 2004 1884 031 75 8417691 8198147 8056975 8224271 891 653 607 010

                18 60

                90 6033036 5742732 5651224 5808997 923 461 424 007 0 130229538 129119354 129300145 129549679 --- 10000 10000 100 0 86724860 86725494 85732334 86394229 333 6669 6602 066 2 67450982 62702116 61149264 63767454 508 4922 4824 048

                15 64355137 63118122 63144177 63539145 510 4905 4757 048 30 57390058 57492819 56942774 57275217 558 4421 4244 042 45 60047404 59716437 59669309 59811050 538 4617 4386 044 60 53132602 53026664 46788754 50982673 606 3935 3699 037 75 58323471 58436068 58891308 58550282 548 4520 4203 042

                19 100

                90 54516762 55794518 45256296 51855859 600 4003 3683 037

                • Capa
                • Agradecimentos
                • Resumo
                • Abstract
                • Iacutendice geral
                • Iacutendice de tabelas
                • Iacutendice de figuras
                • Abreviaturas
                • 1 Introduccedilatildeo
                • 2 Parte experimental
                • 3 Resultados e discussatildeo
                • 4 Conclusotildees e sugestotildees para trabalho futuro
                • 5 Bibliografia
                • Anexo A - Efeitos do Benzo(a)Pireno
                • Anexo B - Validaccedilatildeo do meacutetodo analiacutetico
                • Anexo C - Degradaccedilatildeo do Benzo(a)Pireno com reagente de fenton

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