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Tratamento em duas fases na purificação de efluentes de lixiviados pela integração dos processos de eletrocoagulação e oxidação biológica

Resumo

Este trabalho, tem como objetivo remover eficientemente os poluentes orgânicos e inorgânicos de efluente de lixiviado proveniente de aterro sanitário municipal mediante a aplicação do tratamento de purificação integrado composto pelos Processos de Eletrocoagulação (PEC) e Oxidação Biológica (POB), visando especificamente a queda da toxicidade e o cumprimento da condição ambientalmente segura para o descarte final em corpos hídricos. Para o PEC, construiu-se um reator com 6 eletrodos de alumínio, tendo uma área efetiva de 350 cm2 e um volume efetivo de efluente de 1,0 L. No contexto da Metodologia de Superfícies de Resposta (MSR), foi proposto um planejamento experimental 3³, variando-se três parâmetros importante do PEC: pH inicial, Densidade de Corrente Elétrica (DCE) e Tempo de Eletrólise (TE). As respostas ao tratamento por PEC (cor, turbidez, DQO e concentração de ferro) foram interpretadas dentro da MSR, verificando pela Análise de variância (ANOVA) a qualidade da representatividade dos modelos matemáticos, polinomiais de segunda ordem, ajustados aos dados. Mantendo fixa a melhor condição de remoção de poluentes pelo PEC quanto ao pH e DCE, experimentos cinéticos foram realizados considerando um amplo intervalo de TE. O nível de toxicidade foi inferido a partir da estimativa estatística da concentração letal mediana (CL50) mediante a aplicação de biotestes utilizando o microcrustáceo Artemia salina e sementes de Lactuca sativa. Avaliou-se o índice de biodegradabilidade, segundo o teste de Zahn Wellens. Na menor toxicidade e o maior índice de biodegradabilidade do lixiviado tratado pelo PEC foi realizada a aplicação da segunda fase de tratamento por POB. Para tanto, foi ajustado o reator biológico, com volume útil de 3,5 L a operar, de forma controlada, na condição de pH 7, temperatura de 33 oC e oxigênio dissolvido de 50%. Utilizou-se uma relação alimento/microrganismo igual a um. Após a realização da integração dos processos, foi feita a remoção de amônia residual do efluente pelo método de arraste (injeção de ar a 50 Lh-1 ). Da análise do planejamento da primeira fase de tratamento, encontrou-se a melhor condição do PEC no valor de pH igual a 5; TE em 120 min e DCE em 128,57 Am-2 cujo efeito foi a obtenção da máxima remoção de 99, 98, 68 e 99% na cor, turbidez, DQO e concentração de ferro, respectivamente. A partir dos testes cinéticos, foi possível verificar que o PEC reduziu consideravelmente a toxicidade, sendo o TE de 5 minutos a condição de menor toxicidade (CL50 de 43%) que foi encontrada por ambos os biotestes. O índice de biodegradabilidade do efluente de lixiviado tratado teve um aumento de aproximadamente 20% em relação ao efluente bruto para todos os tempos de tratamento por PEC; porém, o maior índice de biodegradabilidade foi encontrado quando houve um TE de 45 minutos. O segundo tratamento por POB apresentou expressiva remoção dos parâmetros orgânicos, sendo obtidas remoções de 95% e 89% para a DQO e o COD, respectivamente. Após a aplicação do processo de arraste de amônia, uma remoção de quase 100% do nitrogênio amoniacal foi alcançada, obtendo uma a CL50 da ordem de 95%, como revelada pelo bioteste com A. salina. Portanto, embora houvesse quantidades pequenas de poluentes após ambos os tratamentos (PEC e POB), atingiu-se a quase total depleção da toxicidade.

Introdução

Atualmente, grandes quantidades de recursos naturais são transformadas em produtos industrializados, como alimentos, roupas, medicamentos, que são requeridos pelas populações para fornecer principalmente a qualidade de vida e o bem-estar em uma sociedade moderna. No entanto, a maioria desses produtos torna-se resíduo sólido em pouco tempo, convertendo seu armazenamento e disposição em um grave problema ambiental. Sem dúvida, os resíduos sólidos são uma fonte permanente e potencial de poluição ambiental quando estão diretamente expostos a compartimentos ambientais, onde podem sofrer processos químicos e biológicos, bem como promover a mortalidade de organismos vivos. Comumente, os resíduos sólidos são devidamente depositados em locais especiais em que se tenta controlar seus impactos na qualidade dos solos e águas superficiais e subterrâneas, ou seja, aterros sanitários ou células de armazenamento, em que são degradados ou transformados em uma grande variedade de subprodutos.

Os aterros sanitários municipais são muitas vezes construídos como células de armazenamento isolando o solo de resíduos sólidos que são cobertos por terra. Sob esta condição, resíduos sólidos são bioquimicamente transformados em gases e lixiviados altamente tóxicos. Além disso, quando a água da chuva é percolada através de aterros sanitários, uma aceleração nos processos bioquímicos pode ocorrer com o aumento das quantidades de lixiviados de aterros sanitários (RICORDEL & DJELAL, 2014). Nesta perspectiva, os gases gerados, como CO2, CH4 e H2S, também podem contribuir para efeitos de aquecimento e poluição do ar, entretanto, o gás metano tem sido utilizado para gerar energia elétrica. O lixiviado de aterro sanitário é um material aquoso tóxico que geralmente contém alta quantidade de matéria orgânica, metais pesados, cloretos orgânicos e sais inorgânicos (ZHANG et al., 2016). Devido à sua composição altamente tóxica e complexa, lixiviados representam uma fonte permanente e potencial de poluição ambiental. Para proteger o meio ambiente em relação aos aterros sanitários, o tratamento eficiente do lixiviado é imprescindível, com uma redução drástica de suas substâncias nocivas para o meio ambiente, seguindo a recomendação de normas ambientais, antes de ser descarregado nos corpos d’água do receptor.

Nas últimas décadas, a remoção de uma grande variedade de compostos orgânicos e inorgânicos dos lixiviados tem sido um grande desafio ambiental. Métodos baseados em processos biológicos são amplamente utilizados para tratamento de lixiviados por serem considerados um tratamento simples, sem impactos ambientais e com baixo custo (YONG et al., 2018). No entanto, devido à variabilidade na composição, alta quantidade de substâncias tóxicas e a presença de compostos orgânicos refratários em lixiviados, em plantas de tratamento ocorre uma perda gradual na eficiência de tratamentos biológicos convencionais ao longo do tempo, o que leva à busca de outros métodos alternativos (FERNANDES et al., 2015). Desta forma, um sistema alternativo de tratamento capaz de resistir a toxicidade e a variação na composição é necessário para resolver o problema (MANDAL et al., 2017).

Os tratamentos baseados em processos eletroquímicos foram relatados como um método alternativo viável para a remoção de poluentes, além de serem utilizados em plantas de tratamento de águas residuais complexas (FERNANDES et al., 2015). Devido a liberação de uma quantidade razoável de gases da decomposição de matéria orgânica que podem ser coletados em aterros, a geração de energia elétrica de baixo custo por queima de gás proporciona uma boa oportunidade para reduzir principalmente o custo elétrico. Por esta razão, a instalação e operação de um processo de tratamento eletroquímico podem ser economicamente vantajosas e mais atraentes do que outras tecnologias. Entre os processos eletroquímicos, o método da eletrocoagulação mostrou-se como um processo eficiente para remoção de poluentes de lixiviados de aterro sanitários (FERNANDES et al., 2015; ILHAN et al., 2008; KABUK et al., 2014).

Para a melhoria do desempenho da remoção de poluentes em qualquer sistema de tratamento de águas residuais, novas abordagens baseadas em métodos de purificação integrados têm sido cada vez mais utilizados devido a complexidade da natureza dos efluentes (FERNANDES et al., 2014). Em particular, em lixiviados geralmente ocorre a presença de compostos recalcitrantes e substâncias não biodegradáveis portanto uma abordagem complexa para seu tratamento seria exigida para atender restrições ambientais. Como uma estratégia alternativa promissora para purificação de lixiviados de aterro sanitário, pode ser aplicado um procedimento de eletrocoagulação seguido de tratamento biológico do resíduo. Ainda, as águas residuais tratadas devem ser avaliadas quanto ao seu impacto real em organismos vivos em diferentes compartimentos ambientais antes da sua descarga. Como forma de evitar possíveis danos ou mortalidade nos organismos vivos, são recomendados e aplicados bioensaios de toxicidade (BUDI et al., 2016; MAVAKALA et al., 2016).

Neste contexto, este trabalho tem como objetivo estudar a possível integração dos processos de eletrocoagulação e oxidação biológica. A fim de organizar a abordagem do assunto, este trabalho foi dividido em cinco capítulos. Sendo o primeiro deles o da Introdução. O Capítulo 2 trata-se de uma revisão bibliográfica sobre diversos tópicos que envolvem o tema em questão como aterros sanitários, a geração e composição do lixiviado e as técnicas de tratamento do lixiviado empregadas no estudo. No capítulo 3 são mostradas as metodologias empregadas para coleta, análise e tratamento do lixiviado, bem como o planejamento experimental utilizado e a metodologia para a análise de toxicidade e biodegradabilidade do efluente antes e após tratamento. No capítulo 4 são mostrados os resultados obtidos no planejamento experimental para a remoção de cor, turbidez, DQO e concentração de ferro e as melhores condições operacionais obtidas e também os resultados após a integração dos processos. E por fim, no capítulo 5 são apresentadas as conclusões obtidas sobre o estudo.

Autora: Aline Roberta de Pauli.

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