TRATAMENTO DE EFLUENTE DE LAVAGEM DE CARROS POR ELETROCOAGULAÇÃO/ELETROFLOTAÇÃO USANDO ELETRODOS DE FERRO

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1 TRATAMENTO DE EFLUENTE DE LAVAGEM DE CARROS POR ELETROCOAGULAÇÃO/ELETROFLOTAÇÃO USANDO ELETRODOS DE FERRO Fernanda Silvestrin Matsunaka (CNPq-UEL), João Paulo Dias (IC/Fund. Araucária), Bárbara Sthéfani Caldas (IC/Fund. Araucária), Fábio Rosnei da Silva (IC/UEL), Ilza Lobo (orientadora), Carlos Alberto Paulinetti da Camara (co- orientador) Universidade Estadual de Londrina/Centro de Ciências Exatas Ciências Exatas e da Terra - Química Analítica PALAVRAS CHAVES: Eletrocoagulação, DQO, Tratamento de efluente RESUMO A eficiência do tratamento por eletrocoagulação/eletroflotação com eletrodos de ferro foi avaliada pelas remoções de DQO e turbidez. Foi utilizado um planejamento experimental do tipo composto central para otimizar ph inicial (4, 5 e 6), tempo de eletrólise (15, 20 e 25 minutos) e corrente elétrica aplicada (2,5, 3,5 e 4,5 A). Com base na máxima remoção de DQO (96,4%) e turbidez (99,97%), concluiu-se que as condições ideais são: ph 5, corrente 3,5 A e tempo de 20 minutos. Além da alta eficiência, o processo foi de baixo custo (R$ 9,86/m 3 ) e baixa formação de lodo (1464 mg/l). INTRODUÇÃO A lavagem de carros consome grandes quantidades de água, cujo efluente ao ser liberado sem tratamento e ao atingir os sistemas aquáticos superficiais podem ser prejudiciais aos humanos e ambientes. Estes podem conter poluentes como detergentes, prejudiciais aos peixes, óleos, graxas, solventes, partículas de asfalto e solo, metais pesados, e outros (Panizza e Cerisola, 2010). Eletrocoagulação (EC) e eletroflotação (EF) são técnicas muito usadas em processos de tratamento de efluentes com objetivo de reuso da água (Daneshvar et al., 2006). A EC/EF consiste na passagem de uma corrente elétrica contínua através de eletrodos, geralmente ferro ou alumínio. Neste trabalho foram usados eletrodos de ferro, os quais ficam submersos no efluente a ser tratado. Devido às reações eletroquímicas que ocorrem, há a geração de um agente coagulante e de gases hidrogênio e oxigênio que transportam as impurezas floculadas para a superfície (Mohammad e Muttucumaru, 2009). A reutilização da água de lavagem de veículos vem ganhando espaço em muitos países, tanto que nos Estados Unidos, Japão e alguns países europeus, existem leis que regulamentam a instalação dos sistemas de lavagem de veículos, independentemente do porte da empresa (Morelli, 2005). Quatro parâmetros muito usados e

2 importantes para medir a qualidade de água e efluentes são a DQO, turbidez, quantidade de lodo formado no tratamento e a quantidade de sólidos suspensos totais para adequá-los ao reuso da água. Este trabalho teve como objetivo investigar a eficiência de um tratamento por EC/EF na remoção da DQO e turbidez de efluentes de lavagem de veículos utilizando eletrodos de ferro. Um planejamento fatorial foi utilizado para avaliar os efeitos dos parâmetros ph inicial, corrente elétrica e tempo de eletrólise. Materiais e Métodos Coleta e características do efluente O efluente estudado foi coletado em um lava-rápido de Londrina, PR, no qual são lavados veículos leves, apresentando as seguintes características: ph 7,3; condutividade 630 µs/cm; DQO 628,6 mg O 2 /L e turbidez 89,5 NTU.. Após a coleta o efluente foi armazenado em câmara fria a 4 ºC. Planejamento experimental O planejamento experimental deste trabalho foi baseado em um experimento anterior, no qual a maior eficiência foi obtida nas condições: ph 5, corrente elétrica 3,5 A e 20 minutos de eletrólise. Assim, neste trabalho, os experimentos foram conduzidos seguindo um planejamento experimental do tipo composto central (CCD), com três fatores e três níveis, entre +1 e -1, considerando como nível 0 as condições de maior eficiência (phi 5, 3,5 A e 20 min.), totalizando 11 experimentos em diferentes condições (Tabela 1). Experimentos Eletroquímicos e Análises Químicas e Físicas Os 11 experimentos de EF/EC foram realizados em reatores de plástico, com 2,1 litros do efluente e as condutividades ajustadas para 4,0 ms/cm com NaCl PA (condutivímetro Tecnal). Os valores de ph foram ajustados em 4, 5 e 6, com NaOH 0,1M e HCl 0,1M (potenciômetro Tecnal). Nos experimentos foram aplicadas correntes elétricas 2,5, 3,5 e 4,5 A por 15, 20 e 25 minutos de eletrólise. Após a separação do efluente tratado foi medido o ph final e armazenado em geladeira a 6 0 C para posteriores análises químicas e físicas. A análise de DQO (Demanda Química de Oxigênio) foi realizada seguindo o procedimento do Standard Methods (1998), Método 5220 D, refluxo fechado, método colorimétrico. A turbidez foi medida com um turbidímetro (Hach modelo 2100 P), com faixa de medição de 0 a 1000 NTU. Resultados e Discussão O efluente de lavagem de carro usado no estudo foi caracterizado, apresentando DQO de 628,6 mg/l e turbidez 89,5 NTU. Após o tratamento, a DQO do efluente nos 11 experimentos diminuiu para faixa de 20,6 a 130,4 mg/l e a turbidez para 0,02 a 1,94 NTU. A máxima remoção da DQO

3 (96,4%) foi observada nos experimentos dos pontos centrais, com ph inicial 5, corrente elétrica 3,5 A e 20 minutos de eletrólise (experimentos 9,10 e 11), apresentando DQO final de 22,7 mg/l e turbidez final de 0,03 NTU, com custo total do processo de R$ 9,86/m 3, formando 1464 mg de lodo por L de efluente tratado. Em todos os experimentos a remoção de turbidez foi próxima a 100%. De acordo com CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente), o limite de DQO para lançar efluentes em esgotos domésticos é de 90 mg/l, obtido em todos os experimentos, exceto no 2 e 4. A turbidez máxima permitida é de 100 NTU, obtida em todos os experimentos. Tabela 1 - Valores de ph, DQO, % de remoção da DQO, turbidez, % de remoção da turbidez, lodo formado e custo do processo, após a EF/EC. DQO % % Custo Experimentos Turbidez Lodo ph (f) (mg O (phi; I; T) 2/ Remoção Remoção (R$/m (NTU) (mg/l) ) L) DQO Turbidez 1 (4; 2,5; 15) 6,9 40,8 93,5 1,94 97, ,58 2 (6; 2,5; 15) 6,7 97,4 84,5 0,45 99, ,97 3 (4; 4,5; 15) 6,7 61,1 90,3 1,81 97, ,02 4 (6; 4,5; 15) 6,7 130,4 79,2 0,05 99, ,57 5 (4; 2,5; 25) 7,1 66,8 89,4 0,17 99, ,10 6 (6; 2,5; 25) 8,1 45,2 92,8 0,83 99, ,31 7 (4; 4,5; 25) 9,1 38,8 93,8 0,02 99, ,58 8 (6; 4,5; 25) 8,8 40,0 93,6 0,02 99, ,41 9 (5; 3,5; 20) 6,6 26,3 95,8 0,02 99, ,81 10 (5; 3,5; 20) 6,7 21,1 96,6 0,04 99, ,11 11 (5; 3,5; 20) 6,5 20,6 96,7 1,53 98, ,65 ST 628,6 89,50 ph(f) = ph final, após tratamento; I = corrente elétrica em Ampere; T = tempo em minutos; ST Amostra sem tratamento. A EC/EF é um processo altamente dependente do ph da solução, pois este fator influencia na formação do coagulante hidróxido de ferro, responsável pela remoção dos poluentes e conseqüente DQO. Geralmente a variação de ph depende do tipo de eletrodo usado e do ph inicial (Malakootian et al., 2010). Após o tratamento foi observado um aumento do ph em todos os experimentos, apresentando ph final de 6,5 a 9,1, partindo de ph inicial 4, 5 e 6. Este aumento é atribuído à formação de H 2 no catodo e liberação de íons hidroxila na solução. De acordo com a lei de Faraday, o aumento da corrente elétrica e do tempo de eletrólise leva a um aumento do metal dissolvido e formação de coagulante, promovendo maior remoção da DQO e turbidez. Porém, neste trabalho verificamos que os experimentos 7 e 8, os quais receberam maior aplicação de corrente e tempo, a remoção de DQO não foi a máxima. Nesses experimentos o ph final ficou próximo a 9, enquanto que os experimentos que apresentaram maior eficiência (9, 10 e 11), o ph ficou abaixo de 7. Assim, o ph final parece indicar maior efeito sobre a remoção da DQO do que a corrente e tempo aplicados no tratamento. Esse

4 comportamento foi observado por outros pesquisadores (Gao et al., 2010), (Mohammad e Muttucumaru, 2009), nos quais a maior eficiência ocorria em baixo ph, para materiais carregados negativamente (algas, vírus e fluoreto), devido a maior facilidade de adsorção às espécies catiônicas de hidróxidos metálicos geradas em meio ácido. O inverso foi observado por (Malakootian et al., 2010), para remoção de espécies catiônicas (íons cálcio e magnésio). A oxidação do Fe 2+ gerado no anodo, passando a Fe 3+ pode ocorrer devido a presença de oxigênio dissolvido no efluente, amarelando ou esverdeando o efluente tratado. Contrário ao esperado, o efluente tratado apresentou-se claro (incolor), indicando que as condições aplicadas não favoreceram de forma predominante a oxidação do Fe 2+. Outro fator favorável apresentado pelo tratamento com ferro foi a total flotação na maioria dos experimentos, inclusive o de maior eficiência. Conclusão O método de EC/EF proposto para tratamento de efluente de lavagem de carros apresenta alta eficiência na remoção de partículas e surfactantes, adequado ao reuso, com baixo custo e baixa quantidade de lodo formado. Este tratamento também apresenta a vantagem de não requerer adição de substâncias químicas, além da correção do ph inicial, dispensando a correção final para reuso ou descarte, pois este se encontra dentro do limite aceitável. Também deve ser considerado que o uso de Fe como agente coagulante apresenta a vantagem devido à inocuidade comparada ao alumínio, que exibe efeito tóxico. Referência Daneshvar, N.; Oladegaragoze, A.; Djafarzadeh, N. Decolorization of basic dye solutions by electrocoagulation: an investigation of the effect of operational parameters. Journal of Hazardous Materials. 2006, 129, Gao, S; Yang, J.; Jiayu T., Ma, F.; Gang T., Maoan D. Electro-coagulation flotation process for algae removal. Journal of Hazardous Materials. 2010, 177, Malakootian, M., Mansoorian, H. J., Moosazadeh, M. Performance evaluation of electrocoagulation process using iron-rod electrodes for removing hardness from drinking water. Desalination, 2010, 255, Mohammad, M. E.; Muttucumaru, S. Review of pollutants removed by electrocoagulation and electrocoagulation/flotation processes. Journal of Environmental Management, 2009, 90, Morelli, E. B. Reuso de água na lavagem de veículos. Dissertação de Mestrado, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005.

5 Panizza, M.; Cerisola, G. Applicability of electrochemical methods to carwash wastewaters for reuse. Part 2: Electrocoagulation and anodic oxidation integrated process. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2010, 638,