Resumo
O nitrato nas águas subterrâneas é considerado um dos principais problemas com relação aos padrões de potabilidade estabelecidos pela Portaria MS nº 2914/2011, tendo em vista que a ingestão de altas concentrações de nitrato ou nitrito estão associados a doenças como a metahemoglobinemia. Concentrações insidiosas e persistentes têm sido detectadas na rede de monitoramento das águas subterrâneas da CETESB (2016), além dos registros de aumento da concentração em poços de abastecimento público (SABESP, 2015). Os tratamentos existentes consistem, em sua maioria, em processos físico-químicos estes ainda apresentam como característica altos custos atrelados, o presente trabalho estudou um processo alternativo para remoção de nitrato, trata-se de um sistema bioeletroquímico, também conhecido como MFC (Microbial Fuel Cells), que utiliza de microorganismos para desnitrificação. O tratamento consiste no uso de processos biológicos potencializados pelo processo de eletrolise, onde é aproveitado os principais pontos característicos de cada processo de forma combinada. O sistema foi testado em escala de bancada, onde avaliou-se a remoção de nitrato frente a uma taxa de aplicação de 1 mL/min com uma concentração 15 mgN-NO3-/L. Os resultados iniciais no período de 63 dias atingiram 94% de eficiência.
Introdução
O nitrato é tido como o principal indicador dos padrões de potabilidade estabelecidos pela Portaria MS nº 2914/2011 correlacionado a contaminação de águas subterrâneas, levando em consideração que a ingestão de altas concentrações de nitrato e/ou nitrito estão associados a doenças como a metahemoglobinemia. Concentrações insidiosas e persistentes têm sido detectadas na rede de monitoramento das águas subterrâneas da CETESB desde a primeira campanha em 1990-1994 até a atual campanha publicada (2013-2015), além dos registros de aumento da concentração em poços de abastecimento público (SABESP, 2015). Os principais tratamentos existentes para remoção de nitrato baseiam-se em processos físicoquímicos através de técnicas como osmose reversa, membranas de troca iônica e técnicas de eletrodiálise, tais processos têm como principal desvantagem os custos atrelados e produção de subprodutos (MOHSENIBANDPI et al., 2013). O presente trabalho estudou um processo alternativo para remoção de nitrato, trata-se de um sistema bioeletroquímico, também conhecido como MFC (Microbial Fuel Cells), que utiliza de microorganismos para desnitrificação. De modo geral o interesse pelos processos bioletroquímicos surgiu inicialmente devido ao seu potencial de geração de energia. A ideia advém da produção de células combustíveis com capacidade de utilizar microrganismos para oxidar matéria orgânica e liberar elétrons no ânodo, sem a necessidade de realizar o processo de oxidação catalítica através de catalisadores metálicos, como ocorre em processos que utilizam células de combustível convencionais (LOGAN, 2009). A partir dos estudos iniciais foram propostas diversas aplicações para o processo como produção de produtos químicos, biosensores e tratamento de efluentes. A reação de oxidação microbiana na câmara do ânodo é o princípio comum para quase todos os reatores que utilizam este sistema. O sistema estudado consiste basicamente em uma câmara anódica onde ocorre a oxidação da matéria orgânica e uma câmara catódica onde ocorre o processo de redução do nitrato à nitrogênio gasoso, entre as câmaras é utilizada uma membrana de troca iônica de forma a permitir somente a passagem de prótons da câmara anódica para a catódica, além de impedir a difusão de oxigênio para a câmara catódica. A Figura 1 mostra de forma resumida o processo bioeletroquímico utilizado nesse estudo.
O processo de oxidação da matéria orgânica no ânodo pode gerar energia através dos elétrons excedentes da reação, que são transferidos pelos eletrodos para o cátodo. A pesquisa visa avaliar a performance do sistema em condições climáticas regionais, através da eficiência de remoção de nitrato e da eficiência de Coulomb utilizada para avaliar sistemas de remoção de nitrato. A pesquisa foi desenvolvida em escala de bancada, os ensaios e análises foram realizados em parceria com o Laboratório de Hidráulica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, a membrana de troca iônica utilizada fora doada pela Membranes International Inc.
Autores: Adriana Yukie Tomita Nakagama; Alexandra Vieira Suhogusoff; Rodrigo de Freitas Bueno e Ricardo Hirata.
