II-004 ELETRODEGRADAÇÃO DE CHORUME DE LIXO GERADO EM ATERROS SANITÁRIOS

Transcrição

1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina II-004 ELETRODEGRADAÇÃO DE CHORUME DE LIXO GERADO EM ATERROS SANITÁRIOS Peterson Bueno de Moraes(1) Física pelo Instituto de Geociências e Ciências Exatas (UNESP). Mestre em Geociências e Meio Ambiente pelo Instituto de Geociências e Ciências Exatas (UNESP). Doutorando em Engenharia de Materiais na FEM/UNICAMP. Rodnei Bertazzoli Professor Livre Docente do Departamento de Engenharia de Materiais DEMA, Faculdade de Engenharia Mecânica UNICAMP. Consultor em Tratamento de Efluentes. Endereço(1): Rua José Duarte, 265 Ap. 05 Barão Geraldo, Campinas - SP - CEP: Brasil - Tel: (19) peterson_moraes@yahoo.com.br RESUMO A deposição de lixo em aterros sanitários constitui a técnica mais utilizada mundialmente para a remediação de resíduos sólidos. O lixo em decomposição sob o solo mais a água proveniente principalmente da chuva geram o chorume, que percola até a base do aterro, donde deve ser drenado. O chorume é um líquido escuro e com forte odor, que possui alto potencial toxicológico. Falhas na impermeabilização do aterro e tratamento e/ou manejo inadequado do chorume podem comprometer o meio-ambiente local, na medida que este efluente pode se tornar uma fonte de contaminação hidro-geológica. Os métodos atuais de tratamento de chorume apresentam deficiências ou demandam tempo e espaço físico excessivos, principalmente para chorume de aterros sanitários antigos, que possuem elevada carga orgânica. Neste trabalho, utilizou-se um reator eletroquímico que utiliza eletrodos de ADE para tratar o chorume proveniente de um aterro sanitário antigo. Sob uma densidade de corrente de 116,0 ma.cm-2 e vazão constante de 2000 L.h-1 foram obtidas,

2 após 180 min de tratamento, reduções de 73% da Demanda Química de Oxigênio, 71% da Demanda Bioquímica de Oxigênio, 57% do teor de Carbono Orgânico Total e uma redução a toxicidade (EC(50)48h) de 0,43% para 0,98%. Foi também obtida redução de 100% da cor com 90 min de tratamento nestas condições. PALAVRAS-CHAVE: degradação de chorume, aterro sanitário, eletrodos DSA, tratamento eletroquímico, efluente orgânico recalcitrante. INTRODUÇÃO A sociedade moderna, nos últimos dois séculos, foi condicionada ao consumo e a cultura do descarte, alicerçada à falsa visão da inesgotabilidade dos recursos naturais. Assim, o homem, devido ao avanço social e tecnológico, deixou de ser apenas um elemento do meio natural para se tornar também um fator determinante deste, na medida que interfere no equilíbrio do ecossistema. Ao longo deste tempo foi se perfazendo um comportamento desbalanceado em relação aos recursos naturais: retirar, consumir e descartar. É exatamente no final desta seqüência que está um dos grandes problemas da sociedade moderna: a produção de resíduos, originários principalmente das atividades domésticas e industriais. Particularmente aos resíduos domésticos, é evidente, devido também ao próprio aumento populacional, que o montante de lixo gerado só tenda a crescer. Mundialmente, o método mais freqüentemente utilizado para remediar este tipo de resíduo é a disposição em aterro sanitário, para degradação microbiológica. Quando o lixo presente no aterro entra em decomposição, se forma o chorume, um líquido escuro e de odor desagradável, que pode conter compostos orgânicos, metais pesados e outros íons (Clement et al., 1997), além de possuir altos índices de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Demanda Química de Oxigênio (DQO) e potencial patogênico e toxicológico (Nascimento-Filho et al., 2001). No Brasil, o chorume produzido é tratado por meio de aspersão do mesmo sobre a superfície do aterro (método da recirculação), tratado em lagoas de digestão ou levado por caminhões-pipa até Estações de Tratamento de Esgotos (ETE s), onde após tratamento microbiológico, é lançado, juntamente com o esgoto nos cursos d'água. Além disso, se por motivo acidental, falha na impermeabilização/drenagem das células ou planejamento/gerenciamento inadequado do aterro o chorume "in natura" alcançar as águas subterrâneas e/ou superficiais, dar-se-ão sérios problemas de caráter sanitário e ambiental. A contaminação pode se proceder via direta, através de contato primário, ou indiretamente, por contaminação do lençol freático devido à percolação. Os métodos biológicos geralmente são eficientes no tratamento de chorume contendo altos valores de DBO, mas são ineficazes quando compostos orgânicos recalcitrantes estão presentes (Cossu et al., 1998). Além disso, esta forma de tratamento possui algumas limitações, tais como a susceptibilidade a variações na carga orgânica e eficiência limitada para a remoção de cor.

3 O processo eletrolítico é uma tecnologia em crescente utilização no campo ambiental, que tem se mostrado capaz de remediar diversos tipos de efluentes de diferentes origens (Liakou et al., 1997; Naumczyk et al., 1996). O tratamento eletrolítico pode sanar certas dificuldades do tratamento biológico, na medida em oferece versatilidade quanto ao volume e variabilidade do efluente a ser tratado, relativa facilidade de automação, diminuição do tempo de tratamento (para a ordem de horas) e menores áreas de instalação, podendo ser economicamente interessante (Rajeshwar et al., 1994). O tratamento pode funcionar com método alternativo e/ou complementar em relação aos tratamentos tradicionais. Os processos eletroquímicos têm a vantagem de ser ambientalmente compatíveis, na medida em que o reagente principal é o elétron, além de não gerar subprodutos ou permitir a recuperação de produtos eventualmente resultantes do processo. MATERIAIS E MÉTODOS Para os experimentos, foi construído o sistema mostrado na Figura 1. Este consiste de um reservatório com capacidade de 13,5 L, rotâmetro, tubulações, bomba hidráulica e o reator eletroquímico. O reator foi confeccionado utilizando-se anodo de ADEÒ 70TiO2/30RuO2 com área interna de 0,18 m2 e cátodo de titânio, alocado interna e concentricamente ao anodo. Dentro do cátodo foi inserido um tubo de quartzo para possibilitar a colocação de lâmpada ultravioleta e propiciar a expansão do sistema para tratamento fotocatalítico em conjunto. O anodo, que atua também como corpo do reator, é eletricamente isolado do carrinho de sustentação através de espuma isolante. O reator recebe polarização necessária através de fonte elétrica externa. Foram utilizadas as fontes: tipo potenciostática marca Famag de 15V/200A; fonte marca Faraday de 18V/100A; fonte de 12V/300A modelo PU21 da Termocontroles Ltda. O chorume foi coletado no aterro sanitário da cidade de Rio Claro SP. O mesmo é armazenado no reservatório, donde, através da bomba hidráulica, é impulsionado em fluxo vertical ascendente através do reator tubular para posteriormente retornar ao reservatório, em sistema fechado de recirculação. A temperatura do efluente durante os experimentos é mantida aproximadamente constante por meio de uma serpentina de refrigeração alojada no interior do reservatório. Todos os experimentos foram realizados utilizando-se 18 L de chorume (capacidade reservatório + tubulação + reator) "in natura" e em temperatura ambiente, sem adição de reagentes químicos. Como o chorume não apresentou picos de absorbância, escolheu-se, para efeitos de análise, o comprimento de onda de 400 nm para fazer as leituras comparativas de absorbância. A absorbância inicial das amostras variou entre 0,28 e 0,39 ua, o ph inicial variou entre 7,0 e 9,5 a condutividade variou de 13,7 a 20,0 ms. Utilizou-se espectrofotômetro de UV-VIS da Shimadzu modelo UV 1601PC para as medidas de absorbância, medidor de ph da Analion modelo PM 600 para as medidas de ph e o condutivímetro Orion modelo 115 para as medidas de condutividade. As leituras da Demanda Química de Oxigênio foram realizadas através do digestor da Hach modelo conjuntamente com o espectrofotômetro da Hach modelo DR/2010

4 utilizando-se do sistema da digestão em refluxo fechado. O teor de Carbono Orgânico Total (COT) foi realizado em equipamento da Shimadzu modelo TOC-5000 APC. Figura 1: Foto do sistema utilizado para tratamento de chorume e representação esquemática do reator eletroquímico. RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente, visando verificar a influência da vazão sobre a remoção de cor, COT e DQO, testou-se a aplicação do processo eletrolítico em densidade de corrente constante e vazão variável. Foram testadas as vazões de 300 L.h-1, 1000 L.h-1, 2000 L.h-1 e 3000 L.h-1, para as densidades de corrente aproximadas de 13,0, 25,0, 39,0, e 48,0 ma.cm-2. A Figura 2 mostra o comportamento da absorbância em função do tempo de eletrólise quando foram variados os valores da vazão para a densidade de corrente de 48,0 ma.cm-2. Figura 2: Redução da absorbância em função do tempo de eletrólise no chorume. J = 48,0 ma.cm-2. Foi constatado que a variação da vazão não exerce influência significativa na redução da absorbância, sendo calculada uma variação média de 17%. Foi observada a mesma tendência para a remoção do COT e da DQO. Em 3000 L.h-1 obteve-se uma redução de aproximadamente 19,0% na DBO, tendo o Índice de Biodegradabilidade do chorume (DBO/DQO) aumentado de 0,21 em 0 min para 0,22 em 180 min de tratamento. Considerando-se que é de interesse prático se tratar o maior volume no menor tempo possível, escolheu-se testar a vazão constante em 2000 L.h-1 e densidades de corrente aproximadas de 13,0, 25,0, 39,0, e 48,0, 78,0, 90,0 e 116,0 ma.cm-2. Pela Figura 3, observa-se que o aumento da densidade de corrente proporcionou um aumento na redução da cor, o mesmo acontecendo para o COT e a DQO. A Figura 4 ilustra a descoloração do chorume obtida em 180 min de tratamento a 116,0 ma.cm-2 e 2000 L.h-1. Em todos os casos, a constantes aparentes de velocidade de remoção calculadas foram de segunda ordem, de acordo com a equação 1: (1) onde:

5 absorbância A(0) (ua), DQO(0) (kg m-3) ou COT(0) (kg m-3) são os valores iniciais, A é a area do eletrodo, V é o volume da solução sendo processada, t é o tempo de tratamento (min) e k é a constante aparente de degradação da característica escolhida. Para fins práticos, k é unidade de velocidade por concentração (m4 s-1 kg-1) para a DQO e TOC e velocidade por unidade arbitrária (m s-1ua-1) para a absorbância. A inclinação do gráfico [1/DQO(t)] - [1/DQO(0)] vs. t, resulta na constante cinética para remoção da DQO. Figura 3: Redução da absorbância em função do tempo de eletrólise no chorume. Q = 2000 L.h-1. Figura 4: Foto da descoloração sofrida pelo chorume após tratamento eletrolítico com J = 116 ma.cm-2 e Q = 2000 L.h-1. Quando analisado a fração de orgânicos que possivelmente foi mineralizada através do teste de Carbono Orgânico Total (COT), observa-se comportamento semelhante àquele exibido na redução de cor, ou seja, valores maiores de densidade de corrente aplicada proporciona maiores taxas de redução do COT, conforme pode ser visualizado no gráfico da Figura 5. Figura 5: Redução do COT em função do tempo de eletrólise no chorume. Q = 2000 L.h-1. Analogamente, o decréscimo da concentração da DQO, seguindo a mesma tendência da absorbância e do COT, aumenta com a densidade de corrente aplicada, conforme pode ser visualizado no gráfico da Figura 6.

6 Figura 6: Redução da DQO em função do tempo de eletrólise no chorume. Q = 2000 L.h-1. Como pode ser visto, as maiores taxas de remoção de cor, TOC e DQO foram obtidas em 180 min sob 116,0 ma.cm-2. Nesta situação experimental, foram empregados os dados da Tabela 1: Tabela 1: Parâmetros utilizados nos experimentos com J = 116,0 ma.cm-2 e Q = 2000 L.h- 1. Parâmetros Valores Corrente (A) 212,6 Tensão (V) 7,53 Temp inicial/temp final ( C) 25,0/40,0 ph inicial/ph final 8,56/9,29 Condutiv inicial/condutiv final (ms) 13,67/10,56 Consumo após 180 min (KWh) 4,80 Devido ao projeto estar na fase de otimização, ocorre um elevado consumo energético. Portanto, esta forma de tratamento é sugerida principalmente como tratamento terciário, ou seja, após o efluente ter sido submetido a tratamento biológico.

7 Valores de k em função da densidade de corrente podem ser observados na Figura 7. Nesta, as constantes aparentes de degradação de DQO e COT, com ordem de magnitude de 10-6, não apresentam sinais de saturação.vale salientar que estas características são as mais refratárias no tratamento de efluentes. Por outro lado, os valores para a remoção da cor são maiores e também aumentam para todos os valores de densidade de corrente testados. Figura 7: constantes aparentes de velocidade de remoção da cor, COT e DQO. Q = 2000 L.h-1. CONCLUSÕES Com base no trabalho realizado, conclui-se que: O processo eletrolítico demonstrou ser promissor no tratamento de chorume, pois proporcionou significativas taxas de remoção de cor, COT e DQO em curtos períodos de tempo. As reduções de 71% na DBO5, 73% da DQO, 57% do COT e diminuição da toxicidade EC(50) 48h de 0,43% para 0,98% em 180 min de processamento a 2000 L.h-1 e 116,0 ma.cm-2 corroboram para a eficácia do sistema. Também, foi obtida remoção completa da cor em 90 min de tratamento sob a mesma condição de vazão e densidade de corrente. Estes últimos dados demonstram a utilidade dos métodos eletroquímicos para a degradação de compostos orgânicos. O reduzido percentual de alteração do ph mostra que o tratamento proposto pode aumentar significativamente a eficiência de tratamentos biológicos, podendo atuar como coadjuvantes a estes. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CLEMENT, B.; JANSSEN, R. C.; DÛ-DELEPIERRE, A. Estimation of the hazard of landfills through toxicity testing of leachates Chemosphere, 35(11) (1997). COSSU, R.; POLCARO, A. M.; LAVAGNOLO, M. C.; MASCIA, M.; PALMAS, S.; RENOLDI, F. Electrochemical treatment of landfill leachate: oxidation at Ti/PbO2 and Ti/SnO2 anodes Environmental Science & Technology, 32(22), (1998). JACOBI, P. R. Cidade e o Meio Ambiente: percepções práticas em São Paulo, São Paulo: Annablume, 2000, 191p.

8 LIAKOU, S; PAVLOU, S.; LYBERATOS G. Ozonation of azo dyes Water Science & Technology, 35(4), (1997). NASCIMENTO-FILHO, I.; VON MÜHLEN, C.; CARAMÃO, E. B. Estudo de compostos orgânicos em lixiviado de aterros sanitários por EFS e CG/EM Química Nova, 24(4), (2001). NAUMCZYK, J; SZPYRKOWICZ, L; DE FAVERRI, DM; ZILIO-GRANDI, F. Electrochemical treatment of tannery wastewater containing high strenght pollutants. Trans Chem, 74 B, (1996). PELEGRINI, R.; FREIRE, R. S.; DURAN, N.; BERTAZZOLI, R. Photo assisted electrochemical degradation of organic pollutants on a DSA type oxide electrode: process test for a phenol synthetic solution and its application for the E1 bleach kraft mill effluent. Environmental Science and Technology, 35(13), (2001). RAJESHWAR, K, IBANEZ, J. G., SWAIN, G. M. Electrochemistry and the environment. Journal of Applied Electrochemistry, London, 24, (1994).