Resumo

O desenvolvimento industrial recente tem dificultado o tratamento de efluentes por processos já disseminados, induzindo a novas pesquisas nesta área. Na indústria serigráfica a remoção de cor é um problema grave, devido aos processos tradicionais aplicados como coagulação, flotação e sedimentação apresentarem eficiência de 40% a 90% no processo de tratamento. Processos de oxidação avançado tem sido estudados na remoção de compostos orgânicos estáveis em efluentes industriais. A presente pesquisa experimental apresentou como proposta a utilização de um reator eletroquímico constituído de um sistema bipolar com celas em paralelo, contendo eletrodos de diferentes materiais. Os eletrodos foram conectados em uma fonte do tipo conversor de corrente Alternada/corrente Contínua (CA/CC). A avaliação do desempenho do sistema foi realizada por meio da caracterização do efluente bruto proveniente de uma indústria de serigrafia, de forma a verificar sua qualidade em relação aos seguintes parâmetros: turbidez, pH e sólidos sedimentáveis. As condições empregadas no sistema foram: concentração do eletrólito (´0 g.L-1 e 4 g.L-1), voltagem (20 V e 30 V), tempo de operação (120 minutos), e na ausência ou presença de agitação. Os dados obtidos foram quantitativos e avaliados comparativamente com as resoluções 357 e 430 do CONAMA. Os resultados sugerem que a melhor condição operacional indica uma remoção de 96% de turbidez do efluente, operando a uma voltagem de 30 V, sob agitação, tempo de reação de 120 minutos e concentração de eletrólito de 4 g.L-1 .

Introdução

O intenso desenvolvimento industrial tem provocado mudanças relevantes nos sistemas de tratamento de efluentes, o que tem motivado cada vez mais insistentes estudos nesta área a fim de minimizar a ação de poluentes e descargas residuais provenientes da indústria nos rios. A remoção de resíduos orgânicos dentro da indústria hoje se faz necessária em parte pelo rigor das legislações ambientais e pela busca de certificados que garantam o produto com qualidade boa e que não impacte em prejuízos em termos ambientais.

Neste sentido, o elevado crescimento da demanda por bens, o investimento em tecnologias de produção resultou em um contrapeso a geração de resíduos sólidos e de resíduos líquidos. Não obstante, a necessidade de inovação ou melhora da qualidade de produtos de grandes empresas, denota na geração de resíduos de maior complexidade, tanto para o tratamento quanto a disposição final. Assim, as tecnologias para tratamento também precisam inovar, e com isto muitos métodos alternativos para tratamento são desenvolvidos.

O processo de eletrocoagulação tem atraído substancial atenção no tratamento de efluentes industriais devido a sua versatilidade e compatibilidade ambiental. Neste contexto, consiste em método simples, com as seguintes vantagens: menor tempo de retenção, redução ou ausência da adição de substâncias químicas, rápida sedimentação dos flocos e redução na formação de lodo[1].

Na eletrocoagulação, a passagem da corrente elétrica é a responsável pelas diversas reações que ocorrem no efluente a ser tratado: a oxidação de compostos, a substituição iônica entre os eletrólitos inorgânicos e os sais orgânicos, com a consequente redução da concentração da matéria orgânica dissolvida na solução e a desestabilização das partículas coloidais[2].

Nesse processo de eletrocoagulação, íons são produzidos no processo e envolve as seguintes etapas: (a) formação do coagulante pela oxidação eletrolítica do eletrodo de sacrifício, ou seja, o eletrodo que perde elétrons; (b) desestabilização dos contaminantes, suspensão das partículas e quebra de emulsões; (c) agregação das fases desestabilizadas para formar flocos. Neste contexto, a água sofre eletrólise em reação paralela, gerando pequenas bolhas de oxigênio no ânodo e bolhas de hidrogênio no cátodo. As bolhas formadas atraem particularmente as partículas floculadas e, por meio de flutuação natural, os poluentes floculados flotam até a superfície. A eletrofloculação é a combinação dos processos de eletrocoagulação e eletroflotação, já que o primeiro consiste na geração de íons metálicos para a posterior formação do agente coagulante e a eletroflotação, na geração dos gases hidrogênio e oxigênio pela eletrólise da água[3].

O aumento da densidade de corrente (A/cm²) depende efetivamente do aumento da intensidade da corrente, da natureza do eletrodo e do eletrólito, influencia no processo de eletrocoagulação. O aumento na intensidade de corrente provoca um aumento da migração de cátions da solução para o cátodo com a deposição de ânion e aumento da migração de ânions da solução para o ânodo com a respectiva deposição de cátions para a solução. Desta forma gera-se um aumento da taxa da reação e serve para caracterizar a cinética de equilíbrio pela elevação da densidade de corrente. A resposta para dinâmica reacional é o aumento na porcentagem (%) de remoção de DQO (Demanda Química de Oxigênio) por kwh, e consequente aumento na eficiência no processo de tratamento[4].

A condutividade dos eletrólitos, outro fator que influi diretamente na eletrocoagulação, varia bastante com as concentrações. A comparação das condutâncias de diferentes eletrólitos é mais significativa quando se toma em consideração a concentração. O aumento da concentração do eletrólito na solução promove um aumento da condutividade na solução até atingir um ponto máximo, onde a partir deste ponto ocorrerá uma diminuição desta concentração. Esse aumento da concentração do eletrólito e resulta em aumento da velocidade de reação e aumento da densidade de corrente permitindo uma oxidação mais rápida. Na comparação de condutividades molares de diferentes eletrólitos, deve-se considerar condutividades molares de soluções nas quais as quantidades de substância que perfazem um mol apresentem mesmo número de cargas. [4]

Os resultados sugerem aumento da condutividade molar à medida que a concentração diminui, tendendo a um valor máximo, conhecido como condutividade molar limite designada pelo símbolo Λ∞[4]. Neste caso, destacam-se a presença de alguns eletrólitos como o cloreto de sódio (NaCl) ou cloreto de potássio (KCl) contribuindo no aumento da condutividade molar em toda faixa de concentrações consideradas (eletrólitos fortes). O efluente submetido ao tratamento sob agitação promove um aumento na migração de cátions e ânions da solução para o eletrólito, provocando um aumento na velocidade de reação e consequentemente de oxidação de matéria. Quanto maior essa agitação, maior será a velocidade da reação[4].

No presente estudo, a eficiência do tratamento foi mensurada por meio dos seguintes parâmetros: turbidez, sólidos suspensos e pH mensurados ao final da eletrocoagulação com a Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA N° 357, de 17 de março de 2005, que “Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências”[5] e a Resolução do CONAMA N° 430 de 13 de maio de 2011, que “Dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, complementa e altera a Resolução n° 357” [6]. A Resolução 357/2005 estabelece padrões para cada classe de rio. Sabendo-se que o rio selecionado para destinação do efluente é o Rio Hercílio, da cidade de Ibirama, de classe 2, conforme portaria nº 024/1979 que estabelece classificação dos cursos de água do Estado de Santa Catarina, deve-se respeitar a turbidez de 100 UNT[5]. O Artigo 16 da segunda resolução, estabelece que o pH deve compreender uma faixa de 5 a 9 e os materiais sedimentáveis devem são limitados a concentração de 1 mL.L-1 em teste de 1 hora em cone Inhoff para seu lançamento[6].

No processo eletroquímico, os poluentes são degradados por qualquer um dos processos de oxidação direta ou indireta. O processo de eletrocoagulação ocorre por meio de reações eletrolíticas na superfície do eletrodo, que dissolvem o ânodo de forma continua, gerando íons [7,8]. Os íons são hidrolisados imediatamente ao hidróxido polimérico metálico correspondente ao material de confecção do eletrodo, exercendo o fenômeno da coagulação por permitir a combinação dos cátions com as partículas negativas carregadas e desestabilizá-las[7, 8]. No primeiro caso a reação anódica da oxidação permite a adsorção dos poluentes na superfície do ânodo e seguida transferência de elétrons. No processo de oxidação indireta, oxidantes fortes como o íon hipoclorito, cloro, ozônio (O3) e peróxido de hidrogênio são gerados no processo eletroquímico, sendo os poluentes degradados na solução pela reação de oxidação e redução com esse oxidante gerado[2,9].

Autores: Jonathan David de Abreu; Camila Adam; Ana Flavia Costa; Sérgio Marian e Luciano André Deitos Koslowski.