Os produtos químicos sintéticos estão sempre presentes na vida moderna - em nossos medicamentos, cosméticos e roupas - mas o que acontece com eles quando entram em nosso abastecimento de água municipal?

Como esses produtos químicos estão fora da vista, fora da mente, presumimos que eles não podem nos prejudicar depois de jogá-los na pia. Contudo, a maioria das infraestruturas de tratamento de água não foram projetadas para remover produtos químicos orgânicos sintéticos como os encontrados em opióides, produtos de higiene pessoal e farmacêuticos.

Consequentemente, traços de concentração desses produtos químicos estão presentes no efluente:a água descarregada de estações de tratamento em lagos, rios e riachos. Embora encontrado em concentrações extremamente pequenas, apenas nanogramas ou microgramas, a toxicidade não é bem compreendida em corpos humanos e ecossistemas.

Pior, sabemos ainda menos sobre os efeitos sobre a saúde humana e do ecossistema de subprodutos criados durante processos avançados de tratamento de água por oxidação; milhares de subprodutos químicos podem ser criados em apenas alguns minutos.

Portanto, é crucial que os cientistas e gerentes de plantas de tratamento entendam os mecanismos pelos quais os subprodutos químicos são criados durante o processo de tratamento. Daisuke Minakata, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Michigan Technological University, com os co-autores Divya Kamath e Stephen Mezyk, procurou entender esses mecanismos usando acetona como um caso de teste.

Os autores basearam-se em um estudo experimental de 1999 das vias de reação da acetona durante o tratamento, usando cálculos de mecânica quântica para prever os subprodutos químicos que ocorrem à medida que a acetona se degrada durante o processo de oxidação avançada.

Seus resultados são publicados no artigo, "Elucidando as vias de reação elementar e cinética da degradação da acetona induzida por radical hidroxila no processo de oxidação avançada da fase aquosa", no jornal Ciência e Tecnologia Ambiental , publicado pela American Chemical Society.

Modelagem de Degradação

Pelos padrões químicos, a acetona tem uma estrutura simples. Isso o torna ideal para modelar vias de reação - as inúmeras maneiras pelas quais um produto químico pode se degradar em radicais livres e subprodutos - para prever quais subprodutos e radicais se formam.

"Quando fazemos tratamento de água usando oxidação química avançada, esses oxidantes destroem os compostos orgânicos alvo, mas criam subprodutos, "Minakata diz." Alguns subprodutos podem ser mais tóxicos do que seu composto original. Precisamos entender os mecanismos fundamentais de como os subprodutos são produzidos e então podemos prever o que será produzido a partir de muitos outros produtos químicos. Encontramos mais de 200 reações envolvidas na degradação da acetona com base em trabalho computacional. "

A equipe de Minakata comparou os resultados preditivos do modelo aos 10 subprodutos observados no estudo experimental de 1999, e os resultados do modelo acompanham com precisão as vias de reação observadas.

A oxidação avançada é uma forma muito eficaz e importante de tratar água e efluentes, portanto, seu uso não deve ser interrompido. Muitas comunidades em regiões áridas estão ficando sem água e precisam reutilizar águas residuais tratadas - um processo chamado de reutilização potável direta. Se os produtos químicos orgânicos sintéticos e seus subprodutos oxidados não forem removidos da água, pessoas e animais os consomem.

Na região dos Grandes Lagos, comunidades rio acima descarregam águas residuais tratadas em lagos e rios. As pessoas que vivem rio abaixo usam essa água; e existente, os processos de tratamento convencionais não removem todos os produtos químicos orgânicos de forma eficaz. A oxidação avançada pode atingir com eficácia produtos químicos orgânicos específicos para removê-los da água. A modelagem das vias de reação é fundamental para ajudar os gerentes de tratamento de água a entender a melhor forma de manejar a faca, por assim dizer.

Uma limitação do trabalho é que o modelo se aplica apenas a contaminantes orgânicos estruturalmente simples como a acetona, em vez de processos de degradação química amplamente múltiplos. Os produtos químicos orgânicos têm estruturas extraordinariamente complexas, e não temos capacidade computacional para calcular as vias de reação. A equipe de Minakata usou o supercomputador Superior da Michigan Tech. Superior ficou intrigado com as vias da acetona com centenas de cálculos - alguns dos quais podem levar mais de semanas.

Reações químicas gerais

Compreender os mecanismos de formação de subprodutos químicos não é importante apenas para o tratamento de água; também está avançando o que sabemos sobre as reações químicas na atmosfera e dentro de nossos corpos.

"Dentro de uma gota d'água em uma nuvem, a mesma reação radical está acontecendo, "Minakata diz." Em nossos corpos, espécies reativas de oxigênio danificam as células humanas. Se você bebe muito álcool, ou se você tem muito sol, você cria radicais livres. Esses radicais livres danificam suas células e podem criar células cancerosas. A química envolvida com radicais livres é comum em diferentes disciplinas. Usamos a química dos radicais livres para destruir produtos químicos tóxicos "