Remoção de estrona, estradiol, etinilestradiol e bisfenol-A por meio de nanofiltração aplicada ao tratamento avançado de águas para consumo humano

Abstract

O presente trabalho avaliou a rejeição de perturbadores endócrinos (estrona, estradiol, etinilestradiol e bisfenol-A) por duas membranas distintas de nanofiltração (NF-270 e DESAL-DK), em dois diferentes valores de pH (6,5 e 10,5) e duas diferentes matrizes (água deionizada e água do lago Paranoá microfiltrada). Os experimentos com água do lago foram conduzidos apenas com a membrana NF-270 e valor de pH 6,5.O trabalho experimental foi desenvolvido em escala de bancada, composta por: módulo de filtração tangencial (SEPA CF II), equipado com manômetro e medidor de vazão de concentrado; reservatório de água de estudo dotado de sistema de controle de temperatura; e bomba centrífuga multiestágio. Nos experimentos utilizando água do lago Paranoá, a água do lago era previamente submetida à microfiltração a vácuo em bancada. As análises quantitativas de bisfenol-A (BFA) foram realizadas por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), enquanto as análises de estrona, estradiol e etinilestradiol (HOR) foram realizadas empregando-se cromatografia líquida com espectrometria de massas tandem (CL/EM-EM) precedida de extração em fase sólida (EFS). Todos os experimentos foram conduzidos utilizando-se os mesmos parâmetros operacionais (pressão e temperatura) e rotina experimental. A concentração de bisfenol-A e de cada hormônio na água de alimentação do sistema era, respectivamente, 500 μg/L e 200 ng/L. Em todos os experimentos utilizando água deionizada como matriz, a membrana NF-270 apresentou fluxo permeado de duas a três vezes superior ao da membrana DESAL-DK, chegando a 157 L•m-2•h-1. Para o pH 6,5, as duas membranas apresentaram valores de rejeição estatisticamente semelhantes para todos os compostos estudados. A adoção do valor de pH 10,5 proporcionou rejeição de BFA e HOR estatisticamente superior ao do valor 6,5, para as duas membranas. Os maiores valores de rejeição dos contaminantes foram obtidos com o uso da membrana DESAL-DK e pH 10,5, atingindo 80% e 98% para, respectivamente, BFA e HOR. Na presença de 1 mg/L de carbono orgânico dissolvido na água de estudo, os valores de rejeição dos perturbadores endócrinos obtidos com a membrana NF-270 foram superiores em aproximadamente 10%, com pequena redução do fluxo permeado. No contexto do tratamento de água para abastecimento avaliado, a membrana NF-270 é a opção mais adequada pelo compromisso apresentado entre rejeição dos perturbadores endócrinos e fluxo permeado. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The aim of this work was to evaluate the rejection of four endocrine disrupters (estrone, estradiol, ethinylestradiol and bisphenol-A) by two different nanofiltration membranes (NF-270 or DESAL-DK), with two pH values (6.5 or 10.5) and two different water matrices (deionized water and microfiltered Paranoá lake water). The experiments with lake water were carried out using only the NF-270 membrane and pH value 6.5. The bench scale nanofiltration system used to perform the experiments comprises: tangential filtration cell, equipped with pressure gauge and concentrate flowmeter; water reservoir, with temperature control system; and a multistage centrifugal pump. When lake Paranoá water was used in the experiments, it was previously microfiltered in a bench scale vacuum system. Bisphenol-A was analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC), while liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC/MS-MS) was used to detect and quantify the three hormones studied (estrone, estradiol e ethinylestradiol). Solid phase extraction (SPE) was used to clean up and concentrate the hormones in the samples. All experiments were conducted under the same operational conditions (pressure and temperature) and filtration protocol. The concentration of bisphenol-A in feed was around 500 µg/L, while the concentration of each hormone was approximately 200 ng/L. Regardless the pH value, in all experiments with deionized water as matrix, the NF-270 membrane provided permeate flux two to three times higher than those obtained with DESAL-DK membrane, up to 157 L•m-2•h-1 . At pH 6.5, the two membranes presented statistically similar rejection of all endocrine disruptors. Both membranes experienced improvement in rejection of all studied pollutants when pH value was increased to 10.5. At his pH value, DESAL-DK membrane presented higher rejection values than NF-270, reaching 80% and 98% respectively, of bisphenol-A and hormones. Using the NF-270 membrane with lake water containing about 1 mg/L of DOC as feed water, endocrine disruptors rejections were increased about 10%, with a slight decrease in permeate flux. In the scenario evaluated, the NF-270 membrane is suitable for drinking water treatment purposes based on the compromise between endocrine disruptors rejection and permeate flux.