I REMOÇÃO DE DQO E DE COR ATRAVÉS DO TRATAMENTO ELETROLÍTICO

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1 I-14 - REMOÇÃO DE DQO E DE COR ATRAVÉS DO TRATAMENTO ELETROLÍTICO Ana Cristina Lourenço da Silva (1) Engenheira Química. M.Sc. em Engenharia Metalúrgica pela PUC-Rio. Doutoranda do Departamento de Ciências dos Materiais e Metalurgia - DCMM na PUC - Rio. Isabela Bellot de Souza Will Engenheira Química. M.Sc. em Engenharia Metalúrgica pela PUC-Rio. Doutoranda em Engenharia Química na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo - USP. Olavo Barbosa Filho Engenheiro Químico. M.Sc., Ph.D. e Professor Adjunto do DESMA - Departamento de Engenharia Sanitária e do Meio Ambiente da UERJ. Endereço (1) : Rua Marquês de São Vicente, sala 51-L - Gávea - Rio de Janeiro - RJ - CEP: Brasil - Tel: (21) Fax: (21) aclsilva@dcmm.puc-rio.br RESUMO Ao longo deste século, verificou-se a expansão dos processos biológicos, os quais são atualmente os mais utilizados nos tratamentos de esgotos sanitários e efluentes industriais. Porém, há casos em que os tratamentos biológicos não são suficientemente eficientes ou mesmo viáveis, tais como: grandes flutuações de carga orgânica; presença no efluente de compostos refratários ao tratamento biológico; presença no efluente de substâncias tóxicas e inibidoras dos processos de biodecomposição; pequena área disponível. Nesses casos, o processo eletrolítico pode se constituir numa alternativa tecnicamente viável, além de não depender dos parâmetros operacionais relacionados com o metabolismo bacteriano. O presente trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade técnica da aplicação do processo eletrolítico na remoção de DQO e de cor a partir de um efluente de uma indústria de laticínios e de soluções sintéticas de corantes têxteis sulfurosos, respectivamente. A indústria de laticínios constitui uma parcela importante da indústria de alimentos. A produção de leite e seus derivados gera efluentes que são grandes fontes de poluição devido ao seu alto teor de carga orgânica. Já no caso da indústria têxtil, a elevada coloração devido à presença de corantes é um dos principais problemas associados aos efluentes gerados. Em ambos os casos estudados, o procedimento experimental consistiu de ensaios do processo eletrolítico, realizados em reatores de batelada utilizando eletrodos reativos de aço carbono (ABNT 1) e de alumínio. Os efeitos dos seguintes parâmetros foram avaliados: tipo de material do eletrodo, distância entre as placas, condutividade específica da solução, ph e variação do potencial aplicado. Os resultados obtidos indicaram que o processo eletrolítico, nas condições operacionais estudadas, é uma alternativa tecnicamente viável para a remoção de DQO em suspensão e de cor relacionada com corantes sulfurosos. O percentual de remoção de carga orgânica do efluente da indústria de laticínios variou de a 8 %, em termos de DQO. Os dois tipos de material de eletrodo (alumínio e aço carbono) foram eficientes na remoção de carga orgânica suspensa. Os resultados de remoção de cor, com um tempo de eletrólise de minutos e uma diferença de potencial aplicada de 5, V, foram de aproximadamente 97% para a solução de corante castanho e de 99% para a solução de corante azul com eletrodos de aço, enquanto que com eletrodos de alumínio, a remoção de cor foi menor que 96%. PALAVRAS-CHAVE: Processo Eletrolítico, Indústria de Laticínios, Corantes, Remoção de DQO, Remoção de Cor. INTRODUÇÃO No final do século passado, dois pesquisadores ingleses, Leeds e Webster, foram os pioneiros na aplicação do processo eletrolítico para o tratamento de esgotos sanitários misturados à água do mar. Todavia, durante as décadas seguintes, várias limitações foram encontradas para a implementação em larga escala desta tecnologia. Entre estas limitações, incluíam-se as dificuldades relacionadas com materiais para a fabricação de eletrodos, o elevado custo do tratamento quando comparado com os métodos convencionais e algumas dúvidas sobre a eficiência do método [1-3]. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Assim, verificou-se ao longo das décadas subsequentes a expansão dos processos biológicos, os quais são atualmente os mais utilizados nos tratamentos de esgotos sanitários e efluentes industriais. Porém, há casos onde os tratamentos biológicos não constituem um processo eficiente, tais como: Grandes flutuações de carga orgânica; Presença no efluente de compostos refratários ao tratamento biológico; Presença no efluente de substâncias tóxicas e inibidoras dos processos de biodecomposição; Pequena área disponível. Em casos como os enumerados, o processo eletrolítico pode se mostrar uma alternativa tecnicamente viável, além de não depender dos parâmetros operacionais relacionados com o metabolismo bacteriano [5-13]. O presente trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade técnica da aplicação do processo eletrolítico na remoção de DQO e de cor a partir de um efluente de uma indústria de laticínios e de soluções sintéticas de corantes têxteis sulfurosos, respectivamente. A indústria de laticínios corresponde a uma parcela importante da indústria de alimentos. A produção de leite e seus derivados gera efluentes que são grandes fontes de poluição devido ao seu alto teor de carga orgânica [14]. No caso da indústria têxtil, a elevada coloração devido à presença de corantes é um dos principais problemas associados aos efluentes gerados [15]. MATERIAIS E MÉTODOS Em ambos os casos estudados, o procedimento experimental consistiu de ensaios do processo eletrolítico, realizados em reatores de batelada utilizando eletrodos reativos de aço carbono (ABNT 1) e de alumínio. Os efeitos dos seguintes parâmetros foram avaliados: tipo de material do eletrodo, distância entre as placas, condutividade específica da solução, ph e variação do potencial aplicado. No estudo de remoção de carga orgânica, o efluente utilizado foi fornecido pela Indústria de Laticínios Cooperativa Central dos Produtores de Leite Ltda. - C.C.P.L., Fábrica Eduardo Duvivier, localizada no município de São Gonçalo, RJ. A avaliação da eficiência do processo eletrolítico no tratamento deste efluente baseou-se no parâmetro DQO - Demanda Química de Oxigênio. A DQO representa a quantidade de oxigênio consumida durante a oxidação química da carga orgânica presente no efluente, tendo sido analisada de acordo com o procedimento descrito no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, que consiste num método colorimétrico, em refluxo fechado [16]. No estudo de remoção de cor, foram utilizadas soluções sintéticas dos corantes sulfurosos Azul Sodyesul 2GBB ECO líquido e Castanho Sodyesul 7RB ECO líquido, produzidos pela CLARIANT S.A. e gentilmente cedidos pelo Centro de Tecnologia da Indústria Química e Têxtil - CETIQT/SENAI. As soluções foram preparadas com 5 mg/l de corante, 5 mg/l de Antioxidante E (CLARIANT S.A.) e 1 mg/l de NaOH. A avaliação da eficiência de remoção de cor foi feita através de medição de absorbância das soluções. A absorbância foi determinada por um espectrofotômetro PERKIN ELMER, modelo Lambda 12, utilizando cubetas de vidro ótico especial HELLMA Tipo 1-OS. Os equipamentos utilizados nos ensaios de tratamento eletrolítico estão esquematicamente apresentados na Figura 1 e consistem de: uma célula eletrolítica, uma fonte estabilizada de corrente contínua marca TECTROL modelo TCA 15-3 BR 1A, uma placa agitadora marca CORNING e um medidor de ph marca MICRONAL modelo B371. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 Figura 1 - Esquema do processo eletrolítico. A célula eletrolítica consiste de um recipiente de acrílico com capacidade de 2, litros, no qual são inseridos verticalmente dois eletrodos, sendo um catodo e um anodo. Estes eletrodos eram fabricados com placas de aço carbono (ABNT 1), com dimensões de 13,4 cm de altura e 14,5 cm de largura (com espessura de,5 mm), e placas de alumínio, com dimensões de 16,1 cm de altura e 14,5 cm de largura (com 1 mm de espessura). As placas eram separadas por espaçadores (com,5 cm de comprimento cada), que permitiam a variação da distância entre eletrodos. RESULTADOS DOS ENSAIOS DE TRATAMENTO ELETROLÍTICO Os resultados do efeito de cada parâmetro estudado estão apresentados nas tabelas e figuras a seguir. Tabela 1 - Comportamento do material dos eletrodos (alumínio e aço carbono) na eficiência do processo eletrolítico. ddp = 5, V Distância entre eletrodos = 1, cm As remoções de carga orgânica foram semelhantes para os dois tipos de material de eletrodos, alumínio e aço carbono (Figura 2). ddp = 5, V Distância entre eletrodos = 1,5 cm Tempo de eletrólise = min Para a solução de corante castanho, resultados de eficiência semelhantes foram observados com eletrodos de alumínio e aço carbono. Para a solução de corante azul, observou-se maior eficiência com eletrodos de aço carbono em ph 7, e com eletrodos de alumínio em ph 5, (Figura 3). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 1 8 Al Fe Al Fe ph 4,5 ph6, Figura 2 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na eficiência de remoção de carga orgânica. 1 8 ph 5, ph 7, Al Fe (a) ph 5, ph 7, Al Fe (b) Figura 3 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na eficiência de remoção de cor das soluções de corante (a) castanho e (b) azul. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Tabela 2 - Efeito da distância entre placas (eletrodos) na eficiência do processo eletrolítico. ddp = 4, V ph = 6, A distância ótima observada para os dois materiais de eletrodos (alumínio e aço carbono) foi de 1, cm (Figura 4). ddp = 5, V ph inicial = 7, Tempo de eletrólise = 1 min A distância entre eletrodos ótima foi de 1,5 cm (Figura 5) para as soluções de corantes castanho e azul, utilizando eletrodos de aço carbono somente. Aço carbono ,25 1,5 1,75 2 Distância entre as placas (cm) Figura 4 - Efeito da distância entre as placas na remoção de carga orgânica. Castanho Azul Distância entre Placas (cm) Figura 5 - Efeito da distância entre as placas na remoção de cor das soluções de corantes sulfurosos castanho e azul com eletrodos de aço carbono. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 3 - Efeito da condutividade específica na eficiência do processo eletrolítico. ddp = 4, V ph = 6, ddp = 5, V ph inicial = 5, Tempo de eletrólise = min As condutividades específicas das amostras de efluente foram inicialmente ajustadas com Na 2 SO 4 para os seguintes valores: 2,2; 4,15; 6,42 e 1,37 mscm -1. Para os dois tipos de material de eletrodo, o aumento da remoção de carga orgânica devido ao aumento da condutividade específica ocorreu até certo ponto, formando um patamar de remoção, o qual provavelmente correspondente à DQO dissolvida (Figura 6). No estudo do efeito da condutividade das soluções de corantes castanho e azul, verificou-se que o aumento da condutividade (com a adição de cloreto de sódio) produziu um aumento da eficiência de remoção de cor, com eletrodos de alumínio e aço carbono (Figura 7). Este fato favorece o tratamento de efluentes têxteis pelo processo eletrolítico, visto que estes efluentes normalmente apresentam altas condutividades. Aço carbono Condutividade específica (ms/cm) Figura 6 - Efeito da condutividade específica da solução na remoção. Aço Carbono Aço Carbono Condutividade específica (ms/cm) Condutividade específica (ms/cm) (a) (b) Figura 7 - Efeito da condutividade específica na remoção de cor das soluções de corantes sulfurosos (a) castanho e (b) azul. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 Tabela 4 - Efeito do ph inicial na eficiência do processo eletrolítico. ddp = 5, V Para o eletrodo de alumínio, verificou-se que o aumento de ph, na faixa estuda (entre 4,5 e 7,), causou uma diminuição na remoção de carga orgânica. No caso dos eletrodos de aço carbono, o aumento de ph, na mesma faixa mencionada, causou um aumento na remoção ddp = 5, V Tempo de eletrólise = 1 min de carga orgânica (Figura 8). Observou-se uma faixa de ph ótima entre 5, e 6, para remoção de cor da solução de corante castanho, enquanto que para a solução de corante azul, obteve-se uma remoção de aproximadamente 99% da cor na faixa de ph de 5, a 9, (Figura 9). Aço carbono ph Figura 8 - Efeito da variação de ph na remoção de carga orgânica. Azul Castanho ph Figura 9 - Efeito da variação de ph na remoção de cor (com eletrodos de aço somente). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7

8 Tabela 5 - Efeito da diferença de potencial aplicado (ddp) na eficiência do processo eletrolítico. ph = 4,5 (eletrodos de alumínio) ph = 7, (eletrodos de aço carbono) ph inicial = 8, Tempo de eletrólise = 1 min Para os dois materiais de eletrodos, verificouse, com o aumento da ddp, a tendência à formação de um patamar, representando a carga orgânica residual, constituída basicamente de compostos orgânicos dissolvidos (Figura 1). A presença deste patamar de DQO residual indicou que somente o material orgânico em suspensão foi efetivamente removido. Os resultados indicaram que a ddp ótima para operação do reator eletrolítico foi de 5, V, na qual se observou uma remoção de cor de aproximadamente 97% para a solução de corante castanho e acima de 98% para a solução de corante azul (Figura 11). ph=4,5 Aço carbono ph=7, Potencial aplicado (V) Figura 1 - Efeito da variação da diferença de potencial aplicado na remoção de carga orgânica, para os eletrodos de alumínio e aço carbono. Azul Castanho Potencial aplicado (V) Figura 11 - Efeito da variação da diferença de potencial aplicado na remoção de cor das soluções de corantes sulfurosos castanho e azul, com eletrodos de aço carbono. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 8

9 CONCLUSÕES Os resultados obtidos indicaram que o processo eletrolítico, nas condições operacionais estudadas, é uma alternativa tecnicamente viável para a remoção de DQO em suspensão e de cor relacionada com os corantes sulfurosos. O percentual de remoção de carga orgânica do efluente da indústria de laticínios variou de acordo com a DQO inicial das amostras coletadas. As características dos efluentes da indústria de laticínios variaram de acordo com os períodos de amostragem, sendo comuns neste tipo de indústria. A faixa média de variação foi de a 8 % de remoção, em termos de DQO. Os dois tipos de material de eletrodo (alumínio e aço carbono) foram eficientes na remoção de carga orgânica em suspensão. Os resultados de remoção de cor, com um tempo máximo de eletrólise de minutos e uma diferença de potencial aplicada de 5, V, foram de aproximadamente 97% para a solução de corante castanho e de 99% para a solução de corante azul com eletrodos de aço, enquanto que com eletrodos de alumínio, a remoção de cor foi de aproximadamente 96% para as soluções dos dois corantes. Os efluentes e as soluções sintéticas tratadas eletroliticamente com eletrodos de aço carbono apresentaram uma leve coloração amarelada residual devido à presença de íons Fe +3 resultantes da dissolução dos eletrodos. Em comparação com o alumínio, os eletrodos de aço carbono são mais baratos e mais convenientes, uma vez que o ferro dissolvido implica num menor risco ambiental e é mais fácil de ser removido que o alumínio. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. WIENDL, W.G. Processos Eletrolíticos no Tratamento de Esgotos Sanitários, ABES, RJ, BEZERRIL, P., WIENDL, W.G. Tratamento Eletrolítico do Esgoto Urbano Instalação Pioneira em Iracemápolis/SP, Revista DAE, n. 45, Dez NETTO, J.B.P., NOGUEIRA, W.A., RAMOS, W. Experiência Capixaba da Aplicação do Processo de Coagulação Elétrica. XIII Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, Maceio, Alagoas, Brasil, Agosto CENKIN, V.E., BELEVTSEV, A.N. Electrochemical Treatment of Industrial Wastewater, Effluent and Water Treatment Journal, v. 25, pp , Jul LEITÃO, R.C. Avaliação do Processo Eletrolítico para Devida à Lignina. Tese de M.Sc., EESC/USP, São Carlos, SP, DELGADILLO, S.A.M. Tratamento Eletrolítico de Efluentes de Refinaria de Petróleo. Tese de D.Sc., UNICAMP, Campinas, SP, BECK, E.C., GIANNINI, A.P., RAMIREZ, E.R. Electrocoagulation Clarifies Food Wastewater, Food Technology, pp , Feb SIFUENTES, E.L.S.E. Estudo do Tratamento Eletrolítico das Águas Residuárias de uma indústria de Petróleo. Tese de D.Sc., UNICAMP, Campinas, SP, LIN, S.H., PENG, C.F. Treatment of Textile WasteWater by Electrochemical Method, Water Research, v. 28, n. 2, pp , DO, J.S., CHEN, M.L. Decolourization of Dye-Containing Solutions by Electrocoagulation, Journal of Applied Electrochemistry, v. 24, n. 8, pp , FURR, B.W. The Use of an Electrochemical Cell to Decolorize Dye Wastewater. In: International Conference & Exhibition, Book of Papers, AATCC, pp , WILCOCK, A., BREWSTER, M., PECK, G. Use of Electrochemical Technology to Remove Color and Others Contaminants from Textile Mill Effluents. In: REIFE, A., FREEMAN, H.S., Environmental Chemistry of Dyes and Pigments, Chapter 1, John Wiley & Sons, Inc., UHRICH, K.D., DEMMIN, T.R. Electrochemical Treatment of Textile Wastewater. In: Intern. Conf. & Exhibition, Book of Papers, AATCC, p , ROSTON, D.M. Estudo sobre Tratamento de Águas Residuárias de Laticínios, Tese de M.Sc., Faculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP, COOPER, P., Colour in Dyehouse Effluent, England, Society of Dyers and Colourists, AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA-WPCF, 14 ed., ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 9