Caracterização e oxidação dos compostos orgânicos nas águas residuárias da despolpa úmida dos frutos do cafeeiro

Abstract

A despolpa úmida dos frutos do cafeeiro é uma das atividades agrícolas geradoras de grande carga poluidora, sua grande desvantagem é o grande Volume de água utilizada que, geralmente, Volta ao meio com qualidade muito inferior. O presente estudo teve como objetivo estudar a composição orgânica desse efluente, preparar e testar catalisadores para a oxidação dos possíveis compostos nele presentes. Foram realizadas três coletas do efluente, duas na fazenda experimental da EPAMIG (Machado, MG) e uma no Cepecafé-UFLA, MG. As coletas foram realizadas em quatro locais de amostragem (Ponto 1- saída da polpa; Ponto 2 - degomador (1avagem dos grãos após a despolpa); Ponto 3 - saída do grão Verde e Ponto 4 - saída de toda água utilizada na despolpa). Os experimentos foram realizados em duas etapas (i) identificação dos compostos orgânicos presentes no efluente e (ii) oxidação de compostos orgânicos via processos oxídativos avançados (POA). O teor de matéria orgânica e inorgânica encontrado no efluente foi elevado. A matéria orgânica biodegradáveL demanda bioquímica de oxigênio (DBO), encontrada no local de descarte de toda água utilizada foi maior que 4.500 mg L'l e a demanda química de oxigênio (DQO) foi maior que 6.000 mg L'l, em todas as coletas. Na identificação dos compostos presentes foram encontrados cafeína, açúcares, compostos fenólicos, nitrogênio, potássio, fósforo, cálcio, magnésio, ferro, manganês e enxofre. Na segunda etapa do trabalho, foram preparados catalisadores a base de óxido de ferro e óxido de ferro impregnado em nióbia e testados na oxidação de moléculas modeloz cafeína, ácido clorogêníco e catequina. Os materiais preparados foram caracterizados por difratometria de raios-X (DRX), espectroscopia de infravermelho (IV), espectroscopia Mõssbauer e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A DRX, IV e espectroscopia Mõssbauer mostraram a presença dos óxidos de ferro goethita e maghemita. Análises MEV sugerem a presença de óxido de ferro distribuído na superfície da nióbia. Os testes de oxidação foram realizados utilizando-se o sistema Fenton heterogêneo, foto-Fenton e UV/H202. Para a cafeína, somente os processos foto-Fenton e UV/H202 foram eficientes na oxidação. Pelo monitoramento da oxidação por espectrometria de massas veríficou-se que ocorreu a oxidação da cafeína, mas a matéria orgânica não foi completamente removida. O ácido clorogêníco degradou-se por todos os processos, mas, pela análise de DQO, não ocorreu a completa remoção da matéria orgânica presente. Para a catequina, apenas os processos utilizando óxido de ferro/nióbía como catalisador e UV/H202 foram eficientes na oxidação.

The wet processing of coffee berry is one of the most pollutant activities in brazilian agriculture. The main disadvantage of this method is the large Volume of water used, Wich returns to the environment With low quality. The goal of this work was to study the organic composition of the wastewater, as well as to prepare and test catalysts in order to oxidize the compounds present in the wastewater. Wastewater from three experimental sites was collected two samples from an EPAMIG farm (Machado, MG) and one from Cepecafé farm (Lavras-MG). In each site collecting was done at four sampling points (Point 1 pulp exit; Point 2 - beans wash; Point 3 - green berrys exit; Point 4 wastewater exit). Experiments were carried out in two stepsz (i) identification of organic compounds in wastewater and (ii) oxidation of organic compounds by using advanced oxidation process. The amount of organic and inorganic materials found in wastewater was high. The biochemichal oxygen demand found in the wastewater was greater than 4,500 mg L'l, While the chemical oxygen demand (COD) was greater than 6,000 mg L'l, for all analyses. Compounds like caffeine, sugars, phenolics, N, K, P, Ca, Mg, Fe, Mn and S were found in the wastewater. In the second step, catalysts based on iron oxíde (Fe) and iromniobium oxíde (Fe/Nb), were prepared and tested as oxidizing agents of model moleculesz caffeine, chlorogenic acid, and catechm The prepared materials were characterized by x-ray diffraction (XRD), infrared spectroscopy (IR), Mõssbauer spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). XRD, IR, and Mõssbauer spectroscopy showed the presence of iron oxidez goethite and maghemite. SEM analyses suggest the presence of iron oxíde distributed throughout the niobium surface. Oxidizing tests were carried out by using the heterogeneous Fenton system, photo-Fenton and UV/H202. For caffeine, just photo-Fenton and UV/H202 were efñcient in oxidation. By monitoring oxidation through mass spectrometry, it could be observed that caffeíne Was successfully oxidized, but the organic material was not completely removed. The chlorogenic acid degraded in all processes, though not even organic material Was removed in the COD analysis. For the catechin, only processes Which utilized Fe/Nb as a catalyst and UV/H202 we efficient in the oxidation