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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PROCESSO ELETROLÍTICO NO TRATAMENTO DE
ESGOTOS SANITÁRIOS: ESTUDO DA SUA
APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS
ANDRÉ LUIZ LOPES SINOTI
ORIENTADOR: MARCO ANTONIO ALMEIDA DE SOUZA
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM TECNOLOGIA
AMBIENTAL E RECURSOS HÍDRICOS
PUBLICAÇÃO: PTARH.DM – 074 A/04
BRASÍLIA/DF: DEZEMBRO/2004
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ii
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
PÓS-GRADUAÇÃO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL E RECURSOS HÍDRICOS
PROCESSO ELETROLÍTICO NO TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS:
ESTUDO DA SUA APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS
ANDRÉ LUIZ LOPES SINOTI
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS.
APROVADA POR:
_________________________________________________
Prof. Marco Antonio Almeida de Souza, PhD (UnB)
(ORIENTADOR)
_________________________________________________
Prof. Ricardo Silveira Bernardes, PhD (UnB)
(EXAMINADOR INTERNO)
_________________________________________________
Prof. Rejane Helena Ribeiro da Costa, Doutora (UFSC - Univ. Fed. Santa Catarina)
(EXAMINADOR EXTERNO)
DATA: BRASÍLIA/DF, 06 DE DEZEMBRO DE 2004
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iii
FICHA CATALOGRÁFICA
SINOTI, ANDRÉ LUIZ LOPES
Processo eletrolítico no tratamento de esgotos sanitários: estudo da sua aplicabilidade e
mecanismos associados [Distrito Federal] 2004.
xxvi, p.154, 210 x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Tecnologia Ambiental e Recursos
Hídricos, 2004). Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília.
Faculdade de Tecnologia.
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Tratamento eletrolítico 2. Eletrodos de alumínio, ferro e grafite
3. Tratamento de Águas Residuárias 4. Pós-tratamento
I. ENC/FT/UnB II.Título (série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
SINOTI, A. L. L. (2004). Processo eletrolítico no tratamento de esgotos sanitários:
estudo da sua aplicabilidade e mecanismos associados. Dissertação de Mestrado,
Publicação PTARH.DM - 12 / 04, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental,
Universidade de Brasília, Brasília, DF, 143 p.
CESSÃO DE DIREITOS
NOME DO AUTOR: André Luiz Lopes Sinoti
TÍTULO DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO: Processo eletrolítico no tratamento
de esgotos sanitários: estudo da sua aplicabilidade e mecanismos associados.
GRAU: Mestre ANO: 2004
É concedida à Universidade de Brasília permissão para produzir cópias desta
dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para
propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e
nenhuma parte desta dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem a
autorização por escrito do autor.
___________________________________________
André Luiz Lopes Sinoti
SQN 410 Bloco G, Ap.107. - CEP 70.865–070 Brasília – DF – Brasília
sinoti@unb.br, [email protected]
iv
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar, e principalmente, agradeço a Deus.
À memória de minha querida vó Rosa .
Agradeço a meus pais, Maria Luíza e Sergio, que mesmo distantes, sempre me deram
grande apoio, assim como aos meus irmãos, Rogério, Cláudio e Daniela. Agradeço a
minha cunhada Isabela e aos meus sobrinhos Bruno e Caio, por existirem, e me darem
acalento, nos momentos de cansaço.
Agradeço aos meus amigos, e peço desculpas pela ausência nestes últimos tempos.
Aos meus colegas e amigos do mestrado, Andréia, Andréa (déia doida), Ine, Jana e todos
os outros.
Agradeço ao companheiro de tardes eletrolíticas, o meu amigo Seandro, e ao Nélio pelo
seu dedicado trabalho na coleta das amostras.
Agradeço a Simone, essa mulher maravilhosa, por tudo que ocorreu neste ano de 2004,
pela paciência, compreensão e amor que me deu força para que conseguisse realizar este
trabalho.
Agradeço aos meus grandes amigos Gustavo e Genário, que me acolheram em suas casas
neste período difícil.
Agradeço especialmente ao meu amigo de trabalho e companheiro de todas as horas, o
Boy.
Agradeço a Professora Cristina, que foi uma das primeiras incentivadoras deste meu
mestrado, e pela ajuda em todos os sentidos, nos bons e maus momentos.
Agradeço ao meu Professor e amigo Marco Antonio, que me deu a liberdade para criar, e
sabedoria para indicar os melhores caminhos a serem trilhados.
Agradeço a todos que me agradeceram pelas suas dissertações, durante todos estes anos no
PTARH.
v
RESUMO
PROCESSO ELETROLÍTICO NO TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITÁRIOS:
ESTUDO DA SUA APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS
Autor: André Luiz Lopes Sinoti
Orientador: Marco Antonio Almeida de Souza
Programa de Pós-graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos
Brasília, dezembro de 2004
Os processos eletrolíticos têm sido uma opção para tratamento de algumas águas
residuárias, tais como os esgotos sanitários, podendo ser empregados como processo único
ou acoplados com outros processos, na busca de qualidade mais alta dos efluentes tratados
e da manutenção e melhoria das águas receptoras e das condições ambientais.
Este trabalho teve como objetivo estudar os mecanismos e a eficiência de remoção
dos poluentes presentes nos esgotos domésticos tratados por Estações de Tratamento de
Esgotos (ETEs). Foram estudados os efluentes de decantador primário, efluentes tratados
de forma biológica aeróbia pelo processo de lodos ativados (efluentes do decantador
secundário), efluentes do tratamento físico-químico terciário, ou efluentes tratados de
forma biológica anaeróbia (efluentes de reator UASB).
Os efluentes foram processados em reator de batelada, em escala de bancada, por
60 minutos, utilizando eletrodos reativos de ferro ou de alumínio, em primeira etapa, por
20 minutos e os eletrodos inertes de grafite em segunda etapa. As variáveis da pesquisa
foram: a corrente elétrica (corrente contínua); tipo de eletrodos (ferro, alumínio e grafite); e
tipo de efluentes.
Foram medidas e analisadas as eficiências de remoção de amônia, cor, turbidez,
fósforo, cloro, ferro, alumínio, coliformes totais, e matéria orgânica (COT – Carbono
orgânico Total). Foi observado o efeito da variação de pH no processo e das variáveis de
pesquisa mencionadas anteriormente. De acordo com as condições de trabalho aplicadas,
se concluiu que o tratamento eletrolítico pode levar a altas eficiências de remoção de orto-
fosfato (> 99 %) e coliformes totais (100 %, em vários casos), mesmo com baixas
correntes aplicadas, para os quatro efluentes tratados. Para os efluentes primários e de
reator UASB, que têm maior carga poluente, o tratamento eletrolítico apresentou maior
eficiência, de forma geral, em relação aos efluentes secundários e terciários. O eletrodo de
alumínio apresentou melhores resultados do que o de ferro, para todas as características de
qualidade da água estudadas, com exceção de coliformes totais. Os principais mecanismos
de remoção dos poluentes foram a eletrocoagulação e eletrofloculação, com remoção dos
sólidos produzidos por eletroflotação.
PALAVRAS-CHAVE: tratamento eletrolítico de esgotos, tratamento de águas residuárias,
eletrodos de alumínio, ferro e grafite.
vi
ABSTRACT
“SEWAGE TREATMENT BY ELECTROLITIC PROCESS: A STUDY OF ITS
APLICABILITY AND ASSOCIATED MECHANISMS”
Author: André Luiz Lopes Sinoti
Supervisor: Marco Antonio Almeida de Souza
Programa de Pós-graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos
Brasília, December of 2004
Electrolytic processes are an option for treatment of some wastewaters, such as
municipal wastewaters, being applied alone or coupled with other methods, looking for a
better quality of the treated effluents and the improvement and maintenance of the
receiving waters quality and environmental conditions.
This work had the objective of studying the mechanisms and the efficiency of
removal of pollutants present in the sewage treated by Sewage Treatment Plants. The
following effluents were studied: primary effluents (from primary decanters), secondary
effluents (from activated sludge aerobic biological process), tertiary effluents (from a
physical-chemical process), and effluents from anaerobic biological process (UASB
reactor effluents).
These effluents were submitted to a batch treatment reactor in bench scale for 60
minutes, using reactive iron or aluminum electrodes, in a first stage, and graphite inert
electrodes, in a second stage. The research variables were: DC electric current; type of
electrodes (iron, aluminum and graphite); and type of effluents.
The ammonia, color, turbidity, phosphorus, chlorine, total coliform and organic
matter (TOC – Total Organic Carbon) removal efficiencies were measured and analyzed.
The effect of the changes on the pH and other variables over the electrolytic treatment
process were observed. According to the applied work conditions, it was possible to
conclude that the electrolytic treatment process is able to produce high removal efficiencies
of orto-phosphate (>99%) and total coliform (100% in several cases), even working with
low applied electric currents, for the all types of tested treated effluents. In general, for
primary effluents and UASB reactor effluents, which have greater concentration of
pollutants, the electrolytic treatment process presented higher efficiency than those treating
secondary and tertiary effluents. Aluminum electrodes presented better results than iron
electrodes for treating all studied water quality characteristics with exception to total
coliform. The major mechanisms responsible for the pollutant removal were electro-
coagulation followed by electro-flocculation, being the solids removed by electro-flotation.
KEY WORDS: aluminum, iron and graphite electrodes; sewage treatment; wastewater
treatment.
vii
SUMÁRIO
1-INTRODUÇÃO.................................................................................................................1
1.1 - A ÁGUA, SEUS USOS E O MEIO AMBIENTE................................................1
1.2 – TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS..................................................2
1.3 – ELETROQUÍMICA A SERVIÇO DO MEIO AMBIENTE.............................3
1.4 – MOTIVAÇÃO DA PESQUISA...........................................................................4
2-OBJETIVO........................................................................................................................6
3-FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA...................................................................................7
3.1 - TEORIA ELETROQUÍMICA.............................................................................7
3.2 - TRATAMENTO ELETROQUÍMICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS...........12
3.3 - ELETROCOAGULAÇÃO E ELETROFLOCULAÇÃO................................14
3.4 - ELETROFLOTAÇÃO........................................................................................19
3.5 - PASSIVAÇÃO E POLARIZAÇÃO DOS ELETRODOS................................21
3.6 - RESÍDUOS DO PROCESSO ELETROQUÍMICO - ESCUMA E LODO....21
4-REVISÃO BIBLIOGRÁFICA......................................................................................23
4.1 – HISTÓRICO........................................................................................................23
4.2 – TRATAMENTOS ELETROLÍTICOS DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS...........25
4.2.1 – Tipos de reatores eletrolíticos...................................................................26
4.2.2 – Tipos de eletrodos.......................................................................................28
4.2.3 – Adição de sal ..............................................................................................28
4.2.4 –Corrente elétrica e densidade de corrente ...............................................30
4.2.5 – Controle do pH...........................................................................................31
4.2.6 – Resíduos produzidos..................................................................................32
4.3–MECANISMOS PREDOMINANTES NO TRATAMENTO
ELETROLÍTICO................................................................................................34
4.3.1 – Eletrocoagulação, eletrofloculação e eletroflotação ...............................34
4.3.2 – Oxidação e redução....................................................................................35
4.3.3 – Desinfecção..................................................................................................36
4.3.4 – Outros mecanismos....................................................................................40
4.4–TRATAMENTO ELETROLÍTICO ACOPLADO COM OUTROS
MÉTODOS..........................................................................................................41
4.5–TRATAMENTO ELETROLÍTICO: ANÁLISE E CONCLUSÃO DOS
RESULTADOS OBTIDOS NA LITERATURA.................................................42
viii
5-METODOLOGIA...........................................................................................................45
5.1-SISTEMA ELETROLÍTICO EM ESCALA DE BANCADA...........................45
5.1.1- Reator UASB e seu
efluente........................................................................46
5.2 – SISTEMA ELETROLÍTICO EM ESCALA DE BANCADA........................47
5.3 – REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS........................................................................49
5.3.1 – Coleta e preparação das amostras no reator...........................................51
5.3.2 - Lavagem e pesagem dos eletrodos.............................................................53
5.3.3 - Adição de sal................................................................................................53
5.3.4- Corrente elétrica e densidade de corrente.................................................55
5.4 - MONITORAMENTO DOS ENSAIOS ELETROLÍTICOS...........................55
5.5 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS REALIZADOS................................................56
6-RESULTADOS E ANÁLISES.......................................................................................60
6.1 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE GRAFITE.......60
6.1.1 – pH, amônia e cloro residual livre e total.......................................60
6.1.2 - Fósforo..............................................................................................64
6.1.3 – Massa dos eletrodos de grafite.......................................................65
6.1.4 – COT (Carbono Orgânico Total)....................................................67
6.2 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE FERRO...........68
6.2.1 –Amônia e cloro.................................................................................68
6.2.2 – pH.....................................................................................................71
6.2.3 - Cor e turbidez..................................................................................76
6.2.4 – Fósforo.............................................................................................81
6.2.4 – COT.................................................................................................83
6.2.5 – Coliformes Totais............................................................................85
6.2.6 – Desgastes dos eletrodos .................................................................89
6.3 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE ALUMÍNIO ...91
6.3.1 – Amônia e cloro residual livre e total.............................................92
6.3.2 – pH.....................................................................................................94
6.3.3 - Cor e turbidez..................................................................................97
6.3.4 - Fósforo............................................................................................102
6.3.5 – Alumínio .......................................................................................104
6.3.6 – COT...............................................................................................107
6.3.7 – Coliformes Totais..........................................................................109
ix
6.4- ANÁLISE GERAL DOS DADOS...............................................................111
6.4.1- pH....................................................................................................111
6.4.2 – Amônia...........................................................................................112
6.4.3 – Cloro..............................................................................................112
6.4.4 – Cor e turbidez...............................................................................112
6.4.5 – Fósforo...........................................................................................113
6.4.6 – COT (Carbono Orgânico Total)..................................................113
6.4.7 – Condutividade e cloretos..............................................................114
6.4.8 – Massa dos eletrodos......................................................................115
6.4.9 – Coliformes Totais..........................................................................117
6.4.10 – Tempo..........................................................................................122
6.4.11 – Consumo de energia...................................................................122
6.4.12 – Observações experimentais........................................................123
6.5 – VANTAGENS E DESVANTAGENS........................................................124
7- CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES..................................................................126
7.1 – CONCLUSÕES...........................................................................................126
7.1.1 –Parâmetros analisados..................................................................126
7.1.2 – Variáveis de pesquisa...................................................................127
7.1.3 - Mecanismos...................................................................................128
7.1.4 - Conclusões gerais..........................................................................129
7.2 – RECOMENDAÇÕES.................................................................................130
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................132
APÊNDICES
APÊNDICE A – MASSAS DOS ELETRODOS DE
GRAFITE..................................137
APÊNDICE B – MASSAS DOS ELETRODOS DE
FERRO.......................................143
APÊNDICE C – MASSAS DOS ELETRODOS DE ALUMÍNIO...............................149
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1 – Tratamentos eletrolíticos: alguns tipos de efluentes, tempo de detenção,
material de eletrodo e eficiência de remoção..................................................26
Tabela 4.2 - Eficiência de remoção, em porcentagem, no tratamento eletrolítico em
batelada e em fluxo contínuo no trabalho de Poon e Brueckner (1975).........28
Tabela 4.3 – Valores de densidade de e tempo de detenção utilizados comumente em
trabalhos eletrolíticos......................................................................................32
Tabela 5.1 – Numeração das alíquotas coletadas no reator, durante o ensaio
eletrolítico.......................................................................................................50
Tabela 5.2 - Volumes necessários para cada análise física, química e
bacteriológica..................................................................................................52
Tabela 5.3 – Análises realizadas nos volumes coletados nos ensaios
eletrolíticos......................................................................................................58
Tabela 6.1 - Concentração de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no
tratamento eletrolítico por 60 minutos, com eletrodos de grafite nos efluentes
dos decantadores primários.............................................................................62
Tabela 6.2 – Concentração (C) de amônia e sua variação (V), em %, no tratamento
eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes do decantador primário .................62
Tabela 6.3 – Concentração de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no
tratamento eletrolítico de efluentes secundários (2
o
) e terciários (3
o
), por 60
minutos, com eletrodos de grafite nos efluentes dos decantadores primários,
com corrente elétrica em ampère (A)..............................................................64
Tabela 6.4 – Variação (V) da concentração (C) de amônia, em mg/L de N, no processo
eletrolítico com utilização somente de eletrodos de eletrodos de grafite, para
efluentes do decantador secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), com
corrente elétrica em ampère (A)......................................................................64
Tabela 6.5 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, com o uso somente
de eletrodo de grafite no tratamento eletrolítico, nos efluentes do decantador
primário, com corrente elétrica em ampère (A)..............................................65
Tabela 6.6 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, com o uso somente
de eletrodo de grafite no tratamento eletrolítico, nos efluentes do decantador
xi
secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com corrente
elétrica em ampère (A)....................................................................................65
Tabela 6.7 - Porcentagem de remoção do carbono dissolvido, medido por COT, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando
eletrodos de grafite..........................................................................................67
Tabela 6.8 - Concentração (C) de amônia e sua variação (V) com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas
em ampères (A)...... ........................................................................................69
Tabela 6.9 - Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
decantador primário, ao final do tratamento eletrolítico em 60 minutos,
utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite
(G), com corrente elétrica em ampères (A).....................................................69
Tabela 6.10 – Concentração de amônia e sua variação com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador secundário, utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas
em ampères (A).......... ....................................................................................70
Tabela 6.11 – Concentração de amônia e sua variação com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento terciário (3
o
) e do reator
Uasb, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com
correntes medidas em ampères (A) ................................................................70
Tabela 6.12 – Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
decantador secundário, ao final do tratamento eletrolítico em 60 minutos,
utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite
(G), com corrente elétrica em ampères (A).....................................................71
Tabela 6.13 – Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, ao final do tratamento eletrolítico
em 60 minutos, utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os
eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica em ampères (A).....................71
Tabela 6.14 - Remoção dos valores de turbidez (%) no tratamento eletrolítico de efluentes
do decantador primário (1º) e do reator UASB, com corrente elétrica em
ampère (A)......................................................................................................78
xii
Tabela 6.15 - Remoção, em %, da turbidez (%) no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), com corrente
elétrica em ampère (A)....................................................................................78
Tabela 6.16 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de
ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)........................81
Tabela 6.17 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário (1
o
), utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...81
Tabela 6.18 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador secundário (2
o
), utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...82
Tabela 6.19 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador terciário (3
o
), utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...82
Tabela 6.20 – Remoção, em %, do Carbono Orgânico Total (COT), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário (1
o
), utilizando eletrodos de
ferro e de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).................................84
Tabela 6.21 – Remoção, em %, do Carbono Orgânico Total (COT), no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador secundário (2
o
),
utilizando eletrodos de ferro e grafite, com corrente elétrica em ampère
(A)...................................................................................................................85
Tabela 6.22 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento primário, utilizando eletrodos de ferro
e de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)..........................................86
Tabela 6.23 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento secundário, utilizando eletrodos de
ferro e de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).................................87
Tabela 6.24 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento terciário, utilizando eletrodos de ferro e
de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)............................................87
Tabela 6.25 – Remoção de Coliformes Totais, em NMP, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento UASB, utilizando eletrodos de ferro e
de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)............................................88
xiii
Tabela 6.26 – Concentrações de Cloro Total (Cl T) e Cloro Livre (Cl L), em mg/L de Cl,
obtidas no tratamento eletrolítico, com corrente elétrica em ampère (A).......88
Tabela 6.27 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB, por 60 minutos, utilizando eletrodos
de ferro (Fe) e de grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)..............89
Tabela 6.28 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de ferro
(Fe) e de grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...........................89
Tabela 6.29 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador secundário, utilizando eletrodos de
ferro e de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).................................90
Tabela 6.30 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g) no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador terciário, utilizando eletrodos de ferro
e de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)..........................................90
Tabela 6.31- Massa, em gramas, dos eletrodos de ferro utilizados no tratamento eletrolítico
de efluentes UASB, primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), com
eletrodos de ferro e de grafite.........................................................................90
Tabela 6.32 – Concentração do ferro dissolvido, mg/L, no tratamento eletrolítico de
efluentes UASB, primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), utilizando
eletrodos de ferro e de grafite, com corrente elétrica medida em ampère
(A)...................................................................................................................91
Tabela 6.33 – Concentração de amônia (C) e a variação da concentração (V), em mg/L N,
medida nos ensaios (1) a (6), no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em
efluentes primários, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com
corrente elétrica em ampère (A).....................................................................92
Tabela 6.34 – Concentração (C) de amônia e a variação da concentração (V), em mg/L N,
medida nos ensaios (1) a (6), no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em
efluentes secundários, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
com corrente elétrica em ampère (A)..............................................................93
Tabela 6.35 – Concentração (C) de amônia e a variação da concentração (V), em mg/L N,
no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em efluentes terciários, utilizando
eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère
(A)...................................................................................................................93
xiv
Tabela 6.36 – Concentração de cloro livre e cloro total, em (mg/L), no tratamento
eletrolítico por 60 minutos, de efluentes do decantador primário (1
o
) e do
reator UASB, quando utilizados eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com
corrente em ampère(A)...................................................................................94
Tabela 6.37 – Concentração de cloro livre e cloro total (mg/L), no tratamento eletrolítico,
por 60 minutos, de efluentes do decantador secundário (2
o
) e do tratamento
terciário (3
o
), quando utilizados eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com
corrente em ampère (A)..................................................................................94
Tabela 6.38 – Remoção de turbidez (em %) dos efluentes primários (1
o
) e do reator
UASB, no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, utilizando eletrodos de
alumínio e grafite em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A) ......100
Tabela 6.39 – Remoção de turbidez (em %) dos efluentes secundários (2
o
) e terciários
(3
o
), no tratamento eletrolítico utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite
(G) em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A) ............................100
Tabela 6.40 – Remoção de cor, em (%), no tratamento eletrolítico aplicado aos efluentes
primários e do reator UASB, quando utilizados eletrodos de alumínio e de
grafite em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A) ........................101
Tabela 6.41 – Remoção de cor, em %, no tratamento, por 60 minutos, no tratamento
eletrolítico aplicado aos efluentes secundários (2
o
) e terciários (3
o
), quando
utilizados eletrodos de alumínio e de grafite em seqüência, com corrente
elétrica em ampère (A).................................................................................102
Tabela 6.42 – Concentração (C) em mgl/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes
UASB, com o uso de eletrodos de alumínio e eletrodos de grafite em
seqüência.......................................................................................................103
Tabela 6.43- Concentração (C) em mg/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes
primários, com o uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite
(G).................................................................................................................103
Tabela 6.44- Concentração (C) em mgl/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes
secundários, com o uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite
(G).................................................................................................................104
xv
Tabela 6.45 - Concentração (C) em mg/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes
terciários, com o uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite
(G).................................................................................................................104
Tabela 6.46 – Massa dos eletrodos de alumínio, em gramas, nos ensaios eletrolíticos de
efluentes primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), quando utilizados
os eletrodos de alumínio e grafite em seqüência, com corrente elétrica medida
em ampère (A)..............................................................................................105
Tabela 6.47 – Concentração de alumínio em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas (g),
presente no tratamento eletrolítico de efluente secundário (2
o
) e do reator
UASB, com o uso de eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G) em seqüência,
com corrente elétrica em ampère (A) ...........................................................106
Tabela 6.48 – Concentração de alumínio, em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas
(g), presente no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes
primários, com o uso de eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G) em
seqüência, com corrente elétrica em ampère (A)..........................................107
Tabela 6.49 - Remoção do carbono medido por COT, em porcentagem, no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e de grafite (G) ......................................................................108
Tabela 6.50 - Remoção do carbono dissolvido, via COT, em porcentagem (%), no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador
secundário, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente
elétrica em ampère (A)..................................................................................109
Tabela 6.51– Remoção (R) em %, de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes de tratamento primário,
utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica
em ampère
(A)....................................................................................................110
Tabela 6.52 – Remoção (R), em %,de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento
secundário, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com
corrente elétrica em
(A).................................................................................................................110
xvi
Tabela 6.53 – Remoção (R) , em %, de Coliformes Fecais, em números mais
prováveis (NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento
terciário, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com
corrente elétrica em
(A).................................................................................................................110
Tabela 6.54– Remoção (R), em %, de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando
eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em (A).......111
Tabela 6.55 – Concentração de cloro (Cl), em g/L, e condutividade (C), em µS/cm,
medidas no tratamento eletrolítico de efluentes primários (1
o
), secundários
(2
o
) e terciários (3
o
), utilizando eletrodos de alumínio (Al) ou de ferro (Fe),
com corrente elétrica em ampère (A)............................................................115
Tabela 6.56 – Concentração de cloro (Cl) em g/L, e condutividade (C), em µS/cm,
medidas no tratamento eletrolítico de efluentes primários (1
o
) e secundários
(2
o
), utilizando eletrodos de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)..115
Tabela 6.57 – Desgaste dos eletrodos de alumínio e de ferro, medidas em massa (m), em
gramas, e quantidade de matéria (mol), em mol, no tratamento eletrolítico de
efluentes biológicos, com a utilização de eletrodos de alumínio (Al) ou ferro
(Ferro) por 60 minutos, ou de alumínio ou ferro, e posteriormente os
eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica de 20 A................................116
Tabela 6.58 - Desgaste dos eletrodos de alumínio e de ferro, medidas em massa (m), em
gramas, e quantidade de matéria (mol), em mol, no tratamento eletrolítico de
efluentes biológicos, com a utilização de eletrodos de alumínio (Al) ou ferro
(Ferro) por 60 minutos, ou de alumínio ou ferro, e posteriormente os eletrodos
de grafite (G), com corrente elétrica de 10 A................................................117
Tabela 6.59 – Potência isntalada e consumo de energia por processos de tratamento.......123
Tabela A.1 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A)....................................................................137
Tabela A.2 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A). ..................................................................138
xvii
Tabela A.3 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A) ...................................................................139
Tabela A.4 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A) ...................................................................140
Tabela A.5 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A) ...................................................................141
Tabela A.6 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e
corrente elétrica em ampère (A) ...................................................................142
Tabela B.1 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A) ....................................................................................................143
Tabela B.2 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A) ........................................................................................ 144
Tabela B.3 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A) ....................................................................................................145
Tabela B.4 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A) ....................................................................................................146
Tabela B.5 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
xviii
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A).....................................................................................................147
Tabela B.6 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente elétrica em
ampère (A).....................................................................................................148
Tabela C.1 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A)...............................................................................................149
Tabela C.2 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A) .............................................................................................150
Tabela C.3 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A) ..............................................................................................151
Tabela C.4- Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A)...............................................................................................152
Tabela C.5- Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A) ..............................................................................................153
Tabela C.6 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos
decantadores primário (1
o
) e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do
reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), e corrente elétrica
em ampère (A). .............................................................................................154
xix
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 – Eletrólise do cloreto de sódio fundido...............................................................8
Figura 3.2 - Modelo simples de dupla camada elétrica........................................................10
Figura 3.3 – Hidroxo-espécies multiméricas de Al formadas em meio aquoso..................16
Figura 4.1 - Remoção de DQO durante o tratamento eletrolítico, com variação de pH
(Vlyssides et al., 2002)...................................................................................26
Figura 4.2 - Sistema de tratamento eletrolítico contendo (1) agitador magnético, (2) tanque
com efluente para a alimentação do reator, (3) bomba, (4) reator
eletroquímico, (5) separador do material flotado e (6) fonte de alimentação
(CC) (Chen et al., 2000). ................................................................................27
Figura 4.3 - Concentração de cloreto ( ), cloro livre ( ), hipoclorito ( ), cloratos (x) e
outros oxidantes (
*
), à pH 9 (Vlyssides et al. 2002).....................................30
Figura 4.4 - Relação entre densidade de corrente e tempo de detenção (6,5 a 60 min) na
remoção de DQO e óleos e graxas, para obtenção dos mesmos valores de
eficiência de remoção (Chen et al., 2000)......................................................31
Figura 4.5 - Remoção de SVS via coagulação e floculação eletrolítica de esgotos
domésticos (Vlyssides et al. 2002).................................................................33
Figura 4.6 – Interações que ocorrem dentro de um reator de eletrocoagulação (Holt et al.,
2002, modificada)...........................................................................................34
Figura 4.7 -Esquema geral da conversão (6) e da combustão (5) eletroquímica de
compostos orgânicos, com simultânea evolução de oxigênio (3,4), formação
do –OH a partir da H
2
O (1), e (2) transição do O do –OH para a rede do
anodo óxido (Comninellis, 1994)....................................................................36
Figura 5.1 - Unidades do sistema de tratamento da fase líquida da Estação de Tratamento
de Esgotos Brasília Norte (Santos, 2000) .......................................................46
Figura 5.2 - Unidades do sistema de tratamento da fase líquida da Estação de Tratamento
de Esgotos Paranoá (Santos, 2000). ...............................................................46
Figura 5.3 - Esquema de ligação dos eletrodos aos terminais positivo e negativo da
fonte................................................................................................................49
Figura 5.4 – Foto do sistema de tratamento eletrolítico em funcionamento, com a Fonte de
Alimentação, o Reostato, o Amperímetro e o Reator Eletrolítico..................50
xx
Figura 6.1- Tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando
eletrodos de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).............................62
Figura 6.2 – Tratamento eletrolítico com eletrodos de grafite, aplicado em efluentes de
decantador secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e de reatores UASB,
com corrente elétrica em ampère (A)..............................................................63
Figura 6.3 - Variação da massa em quilograma (kg) dos eletrodos de grafite nos ensaios
eletrolíticos......................................................................................................66
Figura 6.4 – Figura 6.4 – Variação da concentração de carbono dissolvido, no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, pela medida de Carbono
Orgânico Total (COT), utilizando eletrodos de grafite, com corrente elétrica
em ampère (A)................................................................................................68
Figura 6.5 – Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador secundário (2º) e do tratamento terciário (3º), utilizando somente
eletrodos de ferro em diferentes corrente elétricas (A) ..................................72
Figura 6.6 – Foto dos cones Imhofs com amostras coletadas do tratamento eletrolítico, por
60 minutos, somente com eletrodos reativos, sendo à esquerda efluentes
tratados com eletrodos de ferro e à direita com eletrodos de alumínio...........74
Figura 6.7 –Análise da variação do pH com o tempo no tratamento eletrolítico de efluentes
do decantador primário (1º) e do reator UASB, utilizando somente eletrodos
de Ferro, com corrente elétrica em ampère (A)..............................................75
Figura 6.8 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), utilizando os eletrodos Ferro e
Grafite.............................................................................................................76
Figura 6.9 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário
e do reator UASB, utilizando os eletrodos Ferro e Grafite em seqüência......76
Figura 6.10 - Variação da turbidez no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e
posteriormente de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)...................77
Figura 6.11 - Variação da turbidez no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário e do tratamento terciário, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite
em seqüência...................................................................................................78
Figura 6.12 - Variação da cor no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e
posteriormente de grafite, com corrente elétrica em ampère (A)...................79
xxi
Figura 6.13 - Variação da cor no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário e do tratamento terciário, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite
em seqüência...................................................................................................79
Figura 6.14 – Foto dos Cones Imhoff, de amostras coletadas com tratamento eletrolítico
com eletrodos reativos de ferro (à esquerda) e de alumínio (à direita),
utilizando eletrodos de grafite após o uso dos eletrodos de ferro e alumínio.80
Figura 6.15 – Variação da concentração de Carbono Orgânico Total (COT), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de ferro
e grafite, com corrente elétrica em ampère (A)..............................................83
Figura 6.16 – Variação da concentração de Carbono Orgânico Total (COT) no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador secundário (2
o
),
utilizando eletrodos de ferro e grafite, com corrente elétrica em ampère
(A)...................................................................................................................85
Figura 6.17– Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador primário utilizando somente eletrodos de alumínio, com corrente
em ampère (A). ..............................................................................................95
Figura 6.18 - Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB,
utilizando somente eletrodos de alumínio, com corrente elétrica em ampère
(A)...................................................................................................................96
Figura 6.19 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando os eletrodos alumínio por 20
minutos e grafite por 40 minutos, em seqüência, com corrente elétrica medida
em ampère (A)................................................................................................97
Figura 6.20 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), utilizando os eletrodos alumínio
e grafite em seqüência, e corrente elétrica em ampère (A).............................98
Figura 6.21 - Variação dos valores de turbidez no tratamento eletrolítico aplicado em
efluentes do decantador primário e do reator UASB, utilizando os eletrodos
alumínio e grafite em seqüência......................................................................98
Figura 6.22 - Variação dos valores de turbidez no tratamento eletrolítico aplicado em
efluentes do decantador primário e do reator UASB, utilizando os eletrodos
de alumínio e grafite em seqüência.................................................................99
xxii
Figura 6.23 - Variação dos valores de cor dos efluentes do decantador primário (1
o
) e do
reator UASB, no tratamento eletrolítico, quando utilizados eletrodos de
alumínio e grafite em seqüência....................................................................101
Figura 6.24 – Remoção de cor de efluentes do decantador secundário e do tratamento
terciário, no tratamento eletrolítico utilizando eletrodos de alumínio e grafite
em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A)....................................102
Figura 6.25 – Variação da concentração de carbono, pela medida por COT no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...............107
Figura 6.26 – Variação da concentração de carbono dissolvido, pela medida por COT no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A)...............108
Figura 6.27 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes UASB,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère
(A).................................................................................................................118
Figura 6.28 - NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes UASB,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère
(A).................................................................................................................118
Figura 6.29 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes primários,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère
(A).................................................................................................................119
Figura 6.30 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes primários,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère
(A).................................................................................................................119
Figura 6.31 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes
secundários, com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos)
seguidos por eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente elétrica medidas em
Ampère (A)....................................................................................................120
Figura 6.32 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes
secundários, com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos)
xxiii
seguidos por eletrodos de grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em
Ampère (A). ..................................................................................................120
Figura 6.33 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes terciários,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère
(A).................................................................................................................121
Figura 6.34 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes terciários,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos
por eletrodos de grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère
(A).................................................................................................................121
xxiv
LISTA DE SÍMBOLOS
A..................................................................................................................................Ampere
Al..............................................................................................................................Alumínio
A
T
............................................................................................................................Área Total
cm............................................................................................................................centímetro
C................................................................................................................................Coulomb
C.................................................................................................................................Carbono
o
C..........................................................................................................................grau Celsius
C.................................................................................................................................Carbono
CaCl
2
............................................................................................................Cloreto de Cálcio
Cl.....................................................................................................................................Cloro
CN
-
...............................................................................................................................Cianeto
CNO
-
............................................................................................................................Cianato
CO
2
..........................................................................................................Dióxido de Carbono
CO
3
-
.........................................................................................................................Carbonato
Cr...................................................................................................................................Cromo
CrO
4
-
...........................................................................................................................Cromato
Cr
2
O
7
2
......................................................................................................................Dicromato
d
c
.........................................................................................................Densidade de Corrente
e.....................................................................................................................................elétron
Fe.....................................................................................................................................Ferro
h.........................................................................................................................................hora
H
2
O..................................................................................................................................Água
H
2
O
2
...................................................................................................Peróxido de Hidrogênio
HOCl..........................................................................................................Ácido Hipocloroso
i.......................................................................................................................corrente elétrica
m.....................................................................................................................................metro
mg/L...........................................................................................................miligrama por litro
mL...............................................................................................................................mililitro
mm............................................................................................................................milímetro
µS.......................................................................................................................microsiemens
N........................................................….................................................................Nitrogênio
xxv
NaCl..............................................................................................................Cloreto de sódio
NH
3
..............................................................................................................................Amônia
NH
3
..............................................................................................................................Amônia
NH
2
Cl......................................................................................................................Cloramina
OCl
-
........................................................................................................................Hipoclorito
OH
-
............................................................................................................................Hidroxila
O
3
..................................................................................................................................Ozônio
P...................................................................................................................................Fósforo
Ru................................................................................................................................Rutênio
T...........................................................................................................................Temperatura
Ti...................................................................................................................................Titânio
V......................................................................................................................................Volts
V
B
.......................................................................................Velocidade de ascensão da bolha
W.......................................................................................................................................watt
xxvi
LISTA DE ABREVIATURAS
CA.............................................................................................................Corrente Alternada
CC...............................................................................................................Corrente Contínua
CME........................................................................Centro de Manutenção de Equipamentos
COT...................................................................................................Carbono Orgânico Total
DBO..................................................................................Demanda Bioquímica de Oxigênio
DF...................................................................................................................Distrito Federal
DPD........................................................................................N,N–dietil–p-fenilenodiamino)
DQO......................................................................................Demanda Química de Oxigênio
ENC.............................................................Departamento de Engenharia Civil e Ambiental
EPA...........................................................................……Environmental Protection Agency
ETA.....................................................................................Estação de Tratamento de Águas
ETE...................................................................................Estação de Tratamento de Esgotos
EUA.............................................................................................Estados Unidos da América
LAA.....................................................................................Laboratório de análises de águas
MM......................................................................................................................Massa Molar
MMA........................................................................................Ministério do Meio Ambiente
NPK..........................................................................................Nitrogênio, fósforo e potássio
NTK….……....…................………………….………….......…Nitrogênio Total Kjeldahl
pH.....................................................................................................Potencial hidrogeniônico
SS…..............…......……......................………………………….......Sólidos em Suspensão
SVS…...….................……...........……………………………...Sólidos Voláteis Suspensos
THM................................................................................................................Trihalometanos
UASB..........“Upflow Anaerobic Sludge Blanket” – Manta de Lodo com Fluxo Ascendente
UnB...................................................................................................Universidade de Brasília
UV.......................................................................................................................Ultra-Violeta
1
1 – INTRODUÇÃO
1.1 - A ÁGUA, SEUS USOS E O MEIO AMBIENTE
Dentre as substâncias mais importantes na vida dos seres humanos, destaca-se a água,
devido às suas características peculiares, tais como suas propriedades físicas e químicas,
que proporcionaram o desenvolvimento da vida no planeta Terra, tal como ela é. Os seres
humanos somos formados basicamente por água, sendo em média 65% da nossa massa.
Os usos principais água estão relacionados com o abastecimento doméstico, abastecimento
industrial, irrigação, dessedentação de animais, aqüicultura, preservação da fauna e da flora,
recreação, harmonia paisagística, geração de energia elétrica, navegação e diluição de
despejos (von Sperling, 1996). Sendo que os quatro primeiros usos da água, dessa lista,
implicam em retirada da água do local onde se encontram, o que pode significar maior
impacto ambiental.
Apesar da sua reconhecida importância, os recursos hídricos vêm sendo utilizados de forma
predatória pelo homem, ao longo do tempo, pelos despejos de diversos tipos de resíduos
produzidos nas atividades industriais, domésticas e agrícolas. Problema conhecido
genericamente pelo termo “poluição da água”, que é entendido como a adição de
substâncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do
corpo d’água de uma maneira tal que prejudique os legítimos usos que dela são feitos (von
Sperling, 1998).
Uma das formas mais antigas de poluição dos corpos d’água é por meio da descarga e
diluição de águas residuárias municipais. A diluição e o lançamento no solo são
provavelmente os primeiros métodos de disposição de águas residuárias domiciliares
(Metcalf & Eddy, 1991). Com o aumento da produção industrial e o desenvolvimento
urbano, a disposição dos efluentes e seus efeitos sobre o meio ambiente começaram a
requerer atenção especial, devido aos males causados aos próprios seres humanos, tais
como o aumento de doenças infecto-contagiosas, transmitidos pela via hídrica.
2
1.2 – TRATAMENTO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
Atualmente, os processos biológicos são os mais utilizados no tratamento de águas
residuárias domiciliares, por meio de ETEs (Estações de Tratamento de Esgoto), com o
objetivo maior de remoção de matéria orgânica e nutrientes. Os processos biológicos atuam
por intermédio de mecanismos bioquímicos anaeróbios e aeróbios de degradação,
seqüenciados por processos físicos simples, como a sedimentação, de que decorrem
algumas vantagens em termo de custos, operacionalização e estabilização da matéria
orgânica presente.
Devido às várias questões que envolvem a construção e a operação de estações de
tratamento de esgotos para sistemas de grande porte, assim como os problemas ambientais,
econômicos e energéticos, nas últimas décadas têm aumentado o interesse no
desenvolvimento de pequenas plantas de tratamento de águas residuárias, como alternativas
aos processos antigos (Metcalf & Eddy, 1991).
Dentre estes novos sistemas de tratamento, estão os chamados processos de oxidação
avançados: Fenton, UV (ultra-violeta), fotoquímico, ozonização e eletroquímico, que
apresentam como características comuns a capacidade de produzir radicais altamente
reativos (-OH), capazes de mineralizar os poluentes presentes, até mesmo aqueles
recalcitrantes, não possíveis de serem degradados por meios biológicos (Andreozzi et al.,
1999).
Conforme Andreozzi et al. (1999), os vários métodos aplicados nos processos de oxidação
avançados são mais recomendados para atuar em águas residuárias que contenham valores
de Demanda Química de Oxigênio (DQO) menor do que 5,0 mg/L O
2
, devido ao alto
consumo de reagentes de alto custo. Os métodos eletroquímicos são exceção à regra
anterior, pois o único produto adicionado, é, às vezes, o cloreto de sódio, dissolvido como
sal de cozinha, ou, na mistura da água residuária com água do mar.
3
1.3 – ELETROQUÍMICA A SERVIÇO DO MEIO AMBIENTE
Os processos eletroquímicos são bastante utilizados para tratamento de águas residuárias
dos mais diferentes tipos e concentrações, tais como chorume (Chiang et al. 1995),
efluentes de refinarias de petróleo (Alegre e Delgadillo, 1993), de indústria têxtil (Kim et
al., 2002), benzoquinona (Pulgarin, 1993), ácidos húmicos (Pinhedo, 1999), e também
esgotos domiciliares (Vlyssides et al. 2002) e (Poon e Brueckner, 1975).
De acordo com Kim et al. (2002), as vantagens apresentadas pelos processos
eletroquímicos são: facilidade de controle e operação; serem dotados de reatores
compactos; não requerem adição de substâncias químicas caras e tóxicas; não levar à
produção de resíduos tóxicos; ter como agente oxidante o cloro residual, além dos radicais
–OH; ser capaz de produzir altas eficiências de remoção; e ter sua eficiência independente
da temperatura do efluente. Também pode ser afirmado que o tempo de detenção do
tratamento eletroquímico é bastante inferior, em relação a vários outros tipos de tratamento
biológico, que variam desde algumas horas, até vários dias, conforme o processo utilizado,
lodos ativados, decantadores, filtros, digestores ou lagoas de estabilização. Nos métodos
eletroquímicos, o principal reagente utilizado é o elétron, que é um reagente limpo (Jüttner
et al., 2000).
Contrariamente, a todas as vantagens apresentadas, é fato incontestável, segundo Wiendl
(1998), que em qualquer lugar, os sistemas eletrolíticos de tratamento acabem sendo
desativados ou abandonados, após certo tempo de operação. No Brasil, o período de
funcionamento tem coincidido com o desgaste total dos eletrodos.
Referindo-se especificamente ao tratamento eletrolítico de esgotos sanitários brutos,
Wiendl (1998) mostrou as seguintes desvantagens, que normalmente foram citadas para
justificar os abandonos: (1) o elevado consumo de energia; (2) a possibilidade de serem
produzidas substâncias tóxicas, como os trihalometanos (THM); (3) o alto custo de
implantação; e (4) o alto custo de manutenção.
Quanto ao alto consumo de energia, Poon e Brueckner (1975) citam, em seu trabalho com o
tratamento eletrolítico de esgotos domésticos, que foram consumidos em kWh/m
3
valores
4
pouco superiores ao gasto em uma ETE com tratamento secundário, no mesmo local. A
diferença entre os métodos, conforme Poon e Brueckner (1975), é menor do que a
necessária para produzir o cloro residual, que oxida os poluentes, assim como a energia
gasta para remoção de fósforo, com a implantação de uma nova etapa de tratamento.
Valores semelhantes, da ordem de 1,25 kWh/m
3
foram obtidos nesse trabalho, quando
aplicados os menores valores de corrente elétrica, (5 A), com alta eficiência de remoção de
Coliformes Totais e fósforo, quando utilizados os eletrodos reativos de ferro ou de
alumínio, assim como remoção de cor e turbidez, quando do uso do eletrodo de alumínio.
Sendo produzido cloro residual, livre e combinado, quando da utilização de eletrodos
adequados, existe a possibilidade de serem produzidos THMs. Entretanto, na maior parte
dos sistemas de tratamento utilizados no país, e no mundo, o cloro gasoso ou o hipoclorito
são adicionados à água de abastecimento residencial e aos esgotos sanitários tratados. Deve
ser levado em consideração, também, que a cloração resolve outros problemas, como as
doenças relacionadas com o consumo de águas não tratadas, sendo as mais comuns: febre
tifóide, disenteria, cólera, diarréia, hepatite, leptospirose e giardíase.
Os processos eletroquímicos também têm sido usados, em conjunto com outros métodos, de
acordo com as características de cada efluente e do sistema de interesse. Alguns destes
casos são: combinação de processo de biofilme fluidizado, com coagulação química e
oxidação eletroquímica, para tratamento de efluente de indústria têxtil (Kim et al. 2002);
geração eletroquímica de reagente Fenton, para tratamento de efluentes contendo naftaleno
e antroquinona (Panizza e Cerisola, 2001); e utilização de microfiltração após processo de
eletrocoagulação, no tratamento de esgotos domésticos (Pouet et al. 1992).
1.4 – MOTIVAÇÃO DA PESQUISA
A motivação para a aplicação de tratamento eletrolítico a efluentes tratados de ETEs do DF,
advém da necessidade de serem encontradas soluções para a melhoria na qualidade final
dos efluentes produzidos nesta região, adequando-os as exigências ambientais. O uso desses
efluentes, quando tratado eletroliticamente, pode ser justificado pela preocupação com a
reduzida quantidade de água disponível no DF, em relação à necessidade crescente da
5
população. Também é importante saber que, os efluentes destas ETEs têm em sua maior
parte, como destino final, alguns lagos, sendo o principal o Paranoá, que leva à necessidade
de tratamentos mais avançados, devido à problemas como a eutrofização, pela presença de
altos níveis dos nutrientes nitrogênio e fósforo nos efluentes domésticos.
Também é importante estudar a possibilidade da aplicação desse tipo de tratamento de
esgotos domésticos produzidos em pequenas comunidades, como os condomínios
horizontais, que provavelmente terão que tratar seus esgotos no lugar de origem. Nesse
contexto, a utilização de tratamento eletrolítico, em escala real, poderá ser uma opção na
busca pelo aumento da oferta de água, direta ou indiretamente, atuando pela melhoria da
qualidade dos efluentes lançados no meio ambiente, e, conseqüentemente, pela melhor
qualidade da água nos mananciais existentes, e também na melhoria da qualidade de vida.
Também pode ser utilizado como tratamento reserva, aplicado, por exemplo para regiões
turísticas, onde há flutuações na população durante certos períodos do ano.
Foi analisada neste trabalho a capacidade do tratamento eletrolítico servir como pós-
tratamento para efluentes tratados biologicamente, efluentes dos decantadores primário e
secundário, do tratamento terciário, e efluentes de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket), conhecido como Reator Anaeróbio de Manta de Lodo. A escolha deste último
está relacionada com a eficácia reconhecida deste sistema de tratamento, e pelo seu uso em
algumas ETEs do DF.
6
2 – OBJETIVOS
A presente pesquisa teve como objetivo geral a análise dos mecanismos de funcionamento e
da eficiência de um reator eletrolítico, em escala de bancada, ao tratar efluentes de estações
de tratamento de esgotos sanitários, de vários níveis e tipos.
Os seguintes objetivos específicos foram buscados:
(1) – Contribuir para o entendimento do processo eletrolítico, em relação à variação do
material do eletrodo, do tipo de efluente a ser tratado, e da salinidade e da densidade de
corrente a serem empregados; e
(2) - Analisar os fenômenos e mecanismos atuantes quando se variam as condições do
tratamento eletrolítico, com o propósito último de propor a concepção otimizada do
processo eletrolítico, em relação ao consumo de energia e à remoção de poluentes, ao tratar
cada um dos efluentes produzidos pelos tipos e níveis de tratamento biológico
considerados.
O propósito deste trabalho é proporcionar, com o conhecimento obtido, no futuro, as
condições para a construção de reator eletrolítico em escala real, com funcionamento
contínuo, e que possa ser instalado em uma ETE. Este sistema poderá ter o reator
eletrolítico situado em um ponto do processo de tratamento biológico, compondo um
acoplamento entre processos que possa produzir alguma vantagem significativa.
7
3 – FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A eletroquímica abrange todos os processos químicos relacionados com a produção de
corrente elétrica e vice-versa, se constituindo, portanto, no estudo das pilhas e da eletrólise,
respectivamente. Quando os processos forem espontâneos, chamados de galvânicos ou
voltaicos, as reações químicas são as fontes de produção dos elétrons no meio. Quando os
processos forem não espontâneos, chamados de processos eletrolíticos ou eletrólise,
necessitam de uma fonte externa de energia elétrica para ocorrerem. Nos dois casos, há
variação nos números de oxidação de alguns dos elementos químicos envolvidos,
aumentando no caso de oxidação e diminuindo no caso de redução, configurando a reação
de oxi-redução.
3.1 – TEORIA ELETROQUÍMICA
Quando é passada uma corrente elétrica direta por uma solução, pode acontecer uma
variedade de processos físicos e químicos, como flotação, sedimentação, deposição,
decomposição, formação de gases, dentre outros. Muito da eletroquímica depende dos
processos que ocorrem na interface dos eletrodos e da solução iônica, pois são o contato e o
caminho, respectivamente, para o fluxo dos elétrons, que é a peça fundamental neste
processo (Atkins, 1990). A velocidade de “descarga” dos íons nos eletrodos é chamada de
densidade de corrente (d
c
), sendo medida pela corrente elétrica por unidade de área (o fluxo
de carga), e é calculada da seguinte forma:
d
c
= i / A
T
(3.1)
em que:
i = corrente elétrica (ampères)
A
T
= área total dos eletrodos (m
2
)
Para induzir o fluxo de corrente através de uma célula eletrolítica e produzir um processo
reativo não-espontâneo, deverá ser aplicada na célula uma diferença de potencial, que
deverá exceder ao potencial de corrente zero por um valor chamado de sobrepotencial da
8
célula. Este potencial de corrente zero será o valor necessário para anular qualquer processo
eletroquímico espontâneo que possa ocorrer no meio (Atkins, 1990).
A realização destas reações eletroquímicas requer um sistema em forma de circuito
eletroquímico, cujos elementos fundamentais são os eletrodos, normalmente metálicos, e os
eletrólitos (íons em solução). Na Figura 3.1 está apresentada a eletrólise do cloreto de sódio
fundido, com formação do gás cloro e do sódio metálico líquido.
Figura 3.1 – Eletrólise do cloreto de sódio fundido (Brown et al. 1997, modificada)
Como o processo mostrado na Figura 3.1 não é espontâneo, é necessário o uso de uma fonte
de alimentação para fornecer energia elétrica ao sistema. Na Figura 3.1, a cuba eletrolítica é
composta dos eletrodos (catodo e o anodo), e da solução eletrolítica, que é o sal NaCl
fundido em temperaturas superiores a 600
o
C, no conhecido processo de Downs, onde há
adição de CaCl
2
, para baixar a temperatura de fusão NaCl, que é de 804
o
C.
(http://nobel.scas.bcit.ca/resource/glossary/d-h.htm#down em 21/08/04).
As meias-reações que ocorrem nos eletrodos, conforme a Figura 3.1, mostram a oxidação
do íon cloreto no anodo e a redução do íon sódio no catodo. A reação (3.2) é a soma das
meias-reações e define um processo muito utilizado para a produção industrial de gás cloro
e de sódio metálico puro.
2Cl
-
(l) + 2Na
+
(l) Æ Cl
2
(g) + 2Na(l) (3.2)
9
Nos processos eletrolíticos, o valor do potencial de corrente mínimo necessário, aplicado ao
sistema, deverá estar de acordo com os potenciais de redução/oxidação das espécies
químicas que existam na solução. O eletrodo que aceita elétrons é o catodo, produzindo a
redução, enquanto que o eletrodo que cede elétrons é o anodo, produzindo a oxidação. Os
elétrons sempre caminharão do anodo para o catodo, seja o processo espontâneo ou não.
Existem dois tipos de eletrodos que podem participar dos processos eletroquímicos, os
inertes e os reativos. Os eletrodos reativos participam do processo sofrendo desgaste, por
oxidação ou redução, sendo os mais simples os formados por alguns metais tais como ferro,
alumínio ou cobre, que podem contribuir à formação de íons metálicos na solução. Os
eletrodos inertes não sofrem desgaste pela passagem da corrente elétrica, sendo formados
por materiais como titânio, platina, grafite, óxido de rutênio, dentre outros. O uso de
alumínio ou de ferro como um anodo de sacrifício é uma alternativa para processos onde
atuarão como coagulantes no efluente a ser tratado, pela liberação de íons de alumínio e de
ferro. No catodo, nem sempre ocorrerá deposição, poderá ocorrer a formação de íons com
número de oxidação menor, como no caso do ferro, passando os íons de ferro III a ferro II.
Para que ocorra a passagem de elétrons de um eletrodo para o outro é necessário que
existam eletrólitos (íons) dentro da célula eletroquímica. Os diferentes tipos de íons,
quando em solução, caminham para locais opostos, os cátions caminham preferencialmente
para os pólos negativos, os catodos, enquanto os ânions caminham preferencialmente para
os anodos, os pólos positivos. O modelo mais simples que representa a interface entre íons
e eletrodo é o da “dupla camada elétrica”, que consiste de uma película de carga positiva na
superfície do eletrodo e uma película de cargas negativas próximas na solução (ou vice-
versa), representado na Figura 3.2.
Os processos eletroquímicos devem obedecer às duas Leis de Faraday:
1- A quantidade de substância que reage, devido ao desgaste do eletrodo ou à deposição no
mesmo, ao passar uma corrente contínua, é proporcional à intensidade da corrente e a
duração da eletrólise.
2- Se a corrente elétrica que passa através do eletrodo for contínua, a massa da substância
que reage será proporcional ao equivalente químico da substância, que relaciona sua massa
com a capacidade de transferência de elétrons num determinado processo.
10
Figura 3.2 - Modelo simples de dupla camada elétrica (Atkins, 2001)
Algumas reações químicas significativas, na eletrólise em meio aquoso, são:
2H
2
O + 2 e- Æ H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (3.3)
4OH
-
(aq) Æ O
2
(g) + 2H
2
O + 4e- (3.4)
2Cl
-
(aq) Æ Cl
2
(g) + 2e- (3.5)
A reação global da eletrólise da água será a soma das reações (3.3) e (3.4), de forma a
eliminar no produto (reação 3.6) a presença de elétrons nos reagentes ou nos produtos:
H
2
O Æ H
2
(g) + ½O
2
(3.6)
A reação global (3.7), se refere à formação do cloro na presença de água, a partir da soma
das reações (3.3) e (3.5):
2Cl
-
(aq) + 2H
2
O Æ H
2
(g) + Cl
2
(g) + 2OH
-
(aq) (3.7)
Conforme Kim et al. (2002), algumas das reações relacionadas com os processos
eletroquímicos de oxidação, devido a presença do gás cloro dissolvido em solução são:
Cl
2
+ H
2
O ⇔ HClO(aq) + H
+
(aq) + Cl
-
(aq) (3.8)
HClO ⇔ H
+
+ ClO
-
(3.9)
6HClO + 3H
2
O Æ 2ClO
3
-
+ 4Cl
-
+ 12H
+
+ 3O
2
+ 6e- (3.10)
ClO
-
+ H
2
O + 2e- Æ Cl
-
+ 2OH
-
(3.11)
Poluente + HClO Æ Produto + Cl
-
(3.12)
11
Desta forma, produz-se o cloro residual livre, de acordo com a reação (3.8), que pode atuar
na oxidação dos poluentes presentes, conforme a reação (3.12), e na desinfecção do meio.
Quando tratados eletroquimicamente, efluentes que contenham amônia, como é o caso dos
esgotos domésticos, formam o cloro residual combinado, que são as cloroaminas (mono-,
di- e tri-), por meio das respectivas reações:
HClO + NH
3
Æ NH
2
Cl + H
2
O (3.13)
HClO + NH
2
Cl Æ NHCl
2
+ H
2
O (3.14)
HClO + NHCl
2
Æ NHCl
3
+ H
2
O (3.15)
Os gases produzidos pela eletrólise, como hidrogênio e o oxigênio, enquanto se elevam, são
adsorvidos pelos flocos de hidróxidos, arrastando-os até a superfície do líquido. Promove-
se assim, o processo de eletroflotação, levando também outras impurezas do meio. Como
resultado, ocorre um aumento de pH, devido à formação de hidroxila. O íon hipoclorito
pode ser formado através da reação secundária:
2OH
-
(aq) + Cl
2
(g) Æ Cl
-
(aq) + ClO
-
(aq) + H
2
O (3.16)
Os processos de desgaste de eletrodos reativos podem ser exemplificados pela
decomposição do alumínio metálico, com a formação de cátions e ânions, conforme as
reações a seguir, que exemplificam o comportamento do alumínio nos meios ácidos e
básicos, respectivamente:
2Al(s) + 6H
+
(aq) Æ 2Al
3+
(aq)
+ 3H
2
(g) (3.17)
2Al(s) + 6H
2
O(l) + 2OH
-
(aq) Æ 2Al(OH)
4
-
(aq) + 3H
2
(g) (3.18)
Os processos eletrolíticos em geral são bastante utilizados industrialmente, e dentre as
principais aplicações estão as seguintes (Brown et al., 1997):
- produção de elementos químicos de alta reatividade, que não podem ser obtidos por
reações químicas comuns, como: sódio, potássio, cálcio, magnésio, alumínio, flúor e cloro;
- produção de vários compostos de grande importância industrial, como hidróxido de sódio
e peróxido de hidrogênio;
- purificação de metais como cobre, zinco e chumbo; e
- processos de eletrodeposição tais como niquelação, cromação e prateação.
12
3.2-TRATAMENTO ELETROQUÍMICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
Dentre os objetivos comuns dos processos eletroquímicos, quando aplicados a águas
residuárias ressaltam-se:
- remoção de impurezas orgânicas dissolvidas em forma de produtos não tóxicos e
insolúveis;
- remoção de impurezas inorgânicas dissolvidas, pela aplicação de eletrodiálise;
- remoção de sólidos insolúveis finamente divididos e dispersos, pelo uso de coagulação,
floculação e flotação eletrolítica; e
- desinfecção por produção de cloro, ou outros agentes desinfetantes, assim como pela
simples passagem de corrente.
Basicamente os processos eletroquímicos que atuam nas águas residuárias se dividem em
dois grupos, conforme Saturnino de Brito (1943, apud Wiendl, 1998):
1) processos eletroquímicos indiretos ou mediatos: são os que não atuam direta e
exclusivamente sobre a massa líquida a depurar; é o caso dos processos que empregam os
gases ozônio e cloro; e
2) processos eletroquímicos diretos ou imediatos: são os que atuam sobre a massa líquida a
tratar, produzindo a partir dela mesma os elementos ativos para a sua depuração. São os
processos chamados de eletrolíticos (ou eletrólise).
Nos processos indiretos podem ser gerados eletroliticamente agentes “matadores” para
atacar os poluentes, tais como H
2
O
2
, O
3
, hipoclorito, cloro e cloratos.
Nos processos eletrolíticos, três tipos de processos podem ser aplicados, (1) eletrodiálise,
(2) reações de oxidação anódica e redução catódica, e (3) eletrocoagulação, eletrofloculação
e eletroflotação.
A eletrodiálise é um processo de separação de íons, muito usada para dessalinização de
águas salobras, do mar e subterrâneas, tendo como um dos seus pontos fortes a reutilização
de substâncias recicladas, concentrando-as nas câmaras independentes dos eletrodos.
Consiste em fazer passar corrente contínua por células equipadas com membranas
permeáveis a certos íons, perpendicularmente à superfície das mesmas (Koryta e Dvorák,
13
1987). Também pode ser usada para a remoção de matéria orgânica, como por exemplo,
ácidos húmicos (Rajeshwar e Ibanez, 1997).
As reações de oxidação anódica e redução catódica são empregadas na remoção de
impurezas dissolvidas, principalmente de material orgânico (Jüttner et al., 2000). São muito
utilizados os anodos inertes, tais como grafite, dióxido de chumbo, manganês e óxidos de
rutênio depositados sobre a base de titânio. Nestes casos, consegue-se a decomposição, às
vezes total, de várias moléculas orgânicas, em sub-produtos como ácido carbônico, água,
amônia, dentre outras. Também ocorre de serem produzidas substâncias menos tóxicas e
freqüentemente biodegradáveis tais como a oxidação de fenóis em ácidos maléicos,
cianetos em cianatos, sulfetos em sulfatos (Comninelis, 1994). O uso de processos
eletrolíticos com anodos reativos, como ferro e alumínio induzem a eletrocoagulação, a
eletrofloculação e a eletroflotação.
A eletrólise, como descrita em processos de tratamento de esgotos domésticos em
experiências realizadas no Brasil (Bezerril e Wiendl, 1985), têm consistido de reações
químicas de oxi-redução viabilizadas pela ligação de uma fonte de corrente contínua ou
alternada retificada, em voltagens baixas, ligadas a dois eletrodos, imersos em uma solução,
podendo ter como eletrólito o cloreto de sódio, ou mistura com a água do mar.
Dentre os vários fatores que poderão influenciar a eletrólise estão (Wiendl, 1998):
- material dos eletrodos;
- natureza dos compostos responsáveis pela condutividade da solução (eletrólitos) ou nela
dissolvidos; e
- grau de retificação da corrente elétrica (onda completa, meia onda).
Entre os fatores mais importantes ao controle imediato das aplicações práticas estão:
- tensão entre eletrodos;
- densidade de corrente elétrica nas faces dos eletrodos; e
- afastamento entre eletrodos e condutividade elétrica do eletrólito.
Na utilização do processo eletrolítico para tratamento de águas residuárias, leva-se em
conta a tendência das substâncias orgânicas sofrerem redução ou oxidação eletroquímica,
dependendo da presença de grupos eletroquimicamente ativos em suas moléculas, do tipo
14
de eletrólito e especialmente da natureza do eletrodo. Os eletrodos de platina podem oxidar
quase todas as substâncias orgânicas em condições apropriadas (Koryta e Dvorák, 1987).
O processo eletroquímico, em relação à decomposição da matéria orgânica em solução,
baseia-se na aplicação de um potencial capaz de oxidar diretamente os substratos de
interesse, ou indiretamente, através da geração eletroquímica de espécies extremamente
reativas (tais como, os radicais -OH e -O
2
), que são capazes de oxidar os poluentes
orgânicos em solução (Jüttner et al., 2000).
Como exemplos de reações de oxi-redução, as reações (3.19) e (3.20) mostram como o
cromo, na sua forma hexavalente é reduzido à forma trivalente, podendo ser removido do
meio líquido, precipitado como hidróxido (Figueiredo et al. 1993).
Cr
2
O
7
2-
(aq) + 14H
+
(aq) + 6e- Æ 2Cr
3+
(aq) + 7 H
2
O (3.19)
CrO
4
2-
(aq) + 4H
2
O + 3e- Æ Cr(OH)
3
(s) + 5OH
-
(aq) (3.20)
O íon cianeto, altamente tóxico, pode ser removido por meio de sua oxidação anódica a
carbonato, através dos seguintes mecanismos, apresentados por Ho et al. (1990):
CN
-
(aq) + 2OH
-
(aq) Æ CNO
-
(aq) + H
2
O + 2e- (3.21)
2CNO
-
(aq) + 4OH
-
(aq) Æ 2CO
2
(g) + N
2
(g) + 2 H
2
O + 6e-
(3.22)
CNO
-
(aq) + 2H
2
O Æ NH
4
+
(aq) + CO
3
2-
(aq) (3.23)
3.3 – ELETROCOAGULAÇÃO E ELETROFLOCULAÇÃO
Ao final do século XIX, a coagulação e a floculação eletrolítica foi vista como tecnologia
promissora, sendo utilizada em Londres. Nas décadas iniciais do século XX, este tipo de
tratamento foi implantado em várias localidades nos EUA para tratamento de águas
residuárias municipais. A partir da década de 30 todas as unidades foram abandonadas, com
a alegação de que os custos operacionais eram altos e que havia alternativas melhores como
forma de dosagem química dos coagulantes. Nas últimas décadas a aplicação da
eletrocoagulação em pequena escala tem encontrado um nicho no tratamento de efluentes
industriais, sendo uma tecnologia efetiva e com boa eficiência de remoção (Holt et al.
2002).
15
De acordo com LaMer (1964, apud Weber Jr, 1972), a coagulação refere-se à
desestabilização produzida pela compressão da dupla camada elétrica ao redor de partículas
coloidais, enquanto a floculação refere-se à desestabilização pela adsorção de grandes
polímeros orgânicos e a subseqüente formação de pontes partícula-polímero-partícula.
Segundo Weber (1972) esta definição anterior não é aceita universalmente, e define:
coagulação é o conjunto de todos os processos de agregação de partículas, incluindo
desestabilização e transporte de partículas; e a floculação descreve somente o processo de
transporte.
Segundo Di Bernardo (1993), a coagulação ocorre devido à aproximação entre as partículas
coloidais, pela atração eletrostática e pelas forças de van der Waals. Quando as partículas se
juntam devido a uma colisão, a coagulação ocorre mais rapidamente do que quando existe
algum estabilizante em solução, reduzindo-se consideravelmente o número de choques
entre as partículas que se agregam, tornando a coagulação mais lenta.
A maior parte das partículas coloidais, substâncias húmicas e microorganismos em geral,
apresenta-se com carga líquida negativa, impedindo a aproximação entre as mesmas. Por
isto, é necessário alterar a força iônica do meio, o que é feito normalmente pela adição de
íons de alumínio ou ferro. A coagulação resulta de dois fenômenos, um químico e outro
físico. O fenômeno químico consiste nas reações do coagulante com a água e a formação de
espécies hidrolisadas com carga positiva, dependendo da concentração do metal e do pH
final da mistura. O fenômeno físico consiste no transporte das espécies hidrolisadas para
haver contato com as impurezas do meio (Di Bernardo, 1993).
No processo de coagulação convencional, após a coagulação, é feita uma agitação
relativamente lenta, para proporcionar encontros entre as partículas, com a finalidade de
ocorrer a floculação, que é a capacidade de transformação destas partículas menores em
partículas maiores ou flocos. A floculação resulta da ação do movimento browniano, do
gradiente de velocidade e da sedimentação diferenciada. Quando os flocos apresentam o
tamanho apropriado, são separados por sedimentação, flotação ou por filtração (Di
Bernardo, 1993).
A adição de íons de ferro ou de alumínio pode ser feita pela forma convencional ou pelo
processo eletrolítico. No processo convencional ocorre a dissolução de sal de ferro (FeCl
3
)
16
ou sal de alumínio (Al
2
(SO
4
)
3.
x(14 a 18 H
2
O)). No processo eletrolítico a adição de íons
ocorre pelo desgaste do eletrodo reativo, que poderá ser de alumínio ou ferro.
O uso de alumínio como anodo, no processo eletrolítico, produz cátions monoméricos tais
como o Al
3+
, e Al(OH)
2+
, em pH baixos, que no pH apropriado se transformam em
Al(OH)
3
, que polimerizam para Al
n
(OH)
3n
, de acordo com as seguintes reações (Mollah et
al. 2001).
Al(s) Al
3+
(aq) + 3e- (3.24)
Al
3+
(aq)
+ 3H
2
O Al(OH)
3
+ 3H
+
(aq) (3.25)
nAl(OH)
3
Al
n
(OH)
3n
(3.26)
Dependendo do pH, espécies como Al(OH)
2+
, Al
2
(OH)
2
4+
e Al(OH)
4
-
podem estar presentes
no processo eletrolítico. Algumas destas hidroxo-espécies de alumínio estão mostradas na
Figura 3.3 (Mollah et al.,2001).
Figura 3.3 – Hidroxo-espécies multiméricas de Al formadas em meio aquoso (Mollah et
al.,2001).
Essas hidroxo-espécies do alumínio, são espécies complexas e carregadas positivamente,
podem efetivamente remover poluentes por adsorção para produzir a neutralização das
cargas, e por agregação em um precipitado (Mollah et al.,2001).
No processo eletrolítico ocorre a produção de hidróxido de ferro, Fe(OH)
n
, com n=2 ou 3.
Segundo Mollah et al. (2001), dois mecanismos foram propostos para a produção do
Fe(OH)
n
, o mecanismo 1, apresenta as reações (3.27) e (3.28) no anodo, (3.29) no catodo e
como reação global de oxi-redução a reação (3.30):
Fe(s)
Fe
2+
(aq)
+ 2e
-
(3.27)
4Fe
2+
(aq)
+ 10H
2
O(l)
+ O
2
(g)
4Fe(OH)
3
(s)
+ 8H
+
(aq) (3.28)
2H
+
(aq)
+ 2e-
H
2
(g) (3.29)
4Fe(s) + 10H
2
O
+ O
2
(g)
4Fe(OH)
3
(s) + 4H
2
(g) (3.30)
17
O mecanismo 2 apresenta as reações (3.31) e (3.32) no anodo, (3.33) no catodo e reação
global de oxi-redução (3.34):
Fe(s) Fe
2+
(aq) + 2e- (3.31)
Fe
2+
(aq) + 2OH
-
(aq) Fe(OH)
2
(s) (3.32)
2H
2
O + 2e-
H
2
(g) + 2OH
-
(aq)
(3.33)
Fe(s)
+ 2H
2
O Fe(OH)
2
(s) + H
2
(g) (3.34)
O Fe(OH)
n
(s) formado em água permanece como uma suspensão gelatinosa, que pode ser
removida dos esgotos por atração eletrostática e por complexação, seguida por coagulação.
No modo de complexação da superfície, o poluente age como um ligante (L) para ligar
quimicamente com o ferro (Mollah et al., 2001):
L-H(aq)(OH)OFe(s) L-OFe(s)
+ H
2
O (3.35)
A pré-hidrólise dos cátions de Fe
3+
também leva à formação de “clusters” reativos para o
tratamento de água. Modelos estruturais para esses cátions de ferro oxihidróxi tem sido
extensivamente mostrado na literatura, conforme cita Mollah et al. (2001).
O H
2
(g) produzido, como resultado da reação redox, pode dissolver orgânicos ou materiais
em suspensão por flotação. O Fe
3+
pode sofrer hidratação, e dependendo do pH da solução
produzir as espécies em solução: Fe(OH)
2+
, Fe(OH)
2
+
e Fe(OH)
3
. As reações envolvidas
são (Mollah et al.,2001):
Fe
3+
(aq) + H
2
O
Fe(OH)
2+
(aq) + H
+
(aq) (3.36)
Fe
3+
(aq) + 2H
2
O
Fe(OH)
2
+
(aq) + 2H
+
(aq) (3.37)
Fe
3+
(aq) + 3H
2
O
Fe(OH)
3
(s) + 3H
+
(aq) (3.38)
Em condições alcalinas, os íons Fe(OH)
6
-
e Fe(OH)
4
-
podem estar presentes. É provável que
com o uso de eletrocoagulação, segundo Mollah et al. (2001), ambas as espécies iônicas, os
cátions e os anions, sejam produzidas pelo uso do ferro como eletrodo de sacrifício.
De acordo com Mollah et al. (2001), as vantagens da aplicação da eletrocoagulação são:
- uso de equipamento (célula eletrolítica) mais compacto e operação mais simples;
- remoção eficiente de substâncias que dão gosto, cor, sabor e odor;
- tempos de detenção pequenos;
18
- lodo formado fácil de ser desidratado, devido a serem constituídos principalmente por
óxidos e hidróxidos metálicos;
- os flocos formados são similares aos flocos químicos, sendo maiores e contendo menos
água ligada, é resistente aos ácidos e mais estável, sendo separado mais facilmente por
filtração;
- produz menos sólidos totais dissolvidos (STD) comparados com os tratamentos químicos,
sendo que se a água for para reúso, o menor nível de STD contribui para diminuir o custo
de recuperação da mesma;
-remove partículas coloidais menores, pois o campo elétrico aplicado faz com que elas se
movimentem mais rapidamente, facilitando a coagulação;
- evita a adição de produtos químicos, não havendo problemas de neutralizar excessos de
substâncias químicas adicionadas e nem poluição secundária por altas concentrações,
quando coagulantes químicos são usados;
- as bolhas produzidas durante a eletrólise podem carrear o poluente para a superfície,
ficando mais concentrada, sendo mais fácil de ser coletada e removida, pela eletroflotação;
- os processos eletrolíticos na eletrocoagulação são controlados eletricamente sem partes
móveis, requerendo pouca manutenção;
- pode ser utilizada convenientemente em áreas rurais, onde não há eletricidade, porém,
através de painéis solares capazes de obter suficiente corrente elétrica para o processo.
Segundo Molah et al. (2001) as seguintes desvantagens são apresentadas na
eletrocoagulação:
- os eletrodos de sacrifício são dissolvidos em água, como resultado da oxidação, e
necessitam ser trocados regularmente;
- o uso de eletricidade pode ser caro em certas localidades;
- pode ser formado um filme de óxido impermeável, no catodo, diminuindo sua eficiência,
pela passivação dos eletrodos;
- é necessário que o meio tenha alta condutividade; e
- os hidróxidos gelatinosos podem tender a solubilizar em alguns casos.
Durante o tratamento por eletrocoagulação, os seguintes fenômenos ocorrem
simultaneamente:
- redução catódica e química da matéria orgânica e inorgânica e formação de depósitos
catódicos metálicos;
19
- interação química entre íons de ferro ou de alumínio;
- flotação de sólidos e de impurezas emulsionadas pelas bolhas de gás hidrogênio
produzidas no catodo (processo de eletroflotação); e
- adsorção de íons e moléculas de impurezas dissolvidas e emulsionadas nas superfícies dos
hidróxidos de alumínio e ferro.
As vantagens e desvantagens de cada um desses fenômenos devem ser levadas em
consideração, para a análise se a eletrocoagulação, sozinha ou não, deverá ser o processo
ideal para os diferentes tipos de efluentes a serem tratados.
3.4 – ELETROFLOTAÇÃO
Esse processo baseia-se, principalmente, na geração de bolhas de hidrogênio e oxigênio na
solução aquosa, pela passagem de corrente contínua entre os dois eletrodos (catodo e
anodo), sendo a sua produção proporcional ao sobrepotencial aplicado ao meio (Atkins,
1990). Pela reação (3.6), são produzidos os gases que atuam no processo de flotação
eletrolítica, O
2
e H
2
.
O tamanho das bolhas geradas por eletrólise é geralmente menor do que o verificado nos
processos de flotação por ar disperso e dissolvido. As bolhas são produzidas sem muita
turbulência, tornando o sistema recomendado para remoção de flocos frágeis, de baixa
densidade. Como desvantagem é citada a baixa taxa de aplicação (em torno de 4 m
3
/m
2
h)
comparada com a flotação por ar dissolvido (12 m
3
/m
2
h), e o custo com a reposição e
limpeza de eletrodos, sendo recomendado para pequenas unidades (Zabel, 1984 apud Pinto
Filho, 1999). A todo material flotante que contenham sólidos residuais presentes, será dada
a denominação de escuma.
Os sistemas de flotação têm sido bastante usados, em particular com alguns métodos como
os citados a seguir (Barret, 1975):
- injeção de ar ou difusão para produzir um sistema de separação por escuma;
- ar dissolvido colocado com pressão, e sendo liberado na forma de bolhas por injeção da
carga do efluente em direção ao corpo central do liquido a pressão ambiente.
20
Conforme Barret (1975) a flotação eletrolítica é considerada importante por um grande
número de razões:
- se a eletrólise for usada para produzir bolhas em um arranjo de eletrodos apropriado,
poderá cobrir boa parte da área total do reator;
- as bolhas produzidas a partir de eletrodos estáticos poderão ser introduzidas de tal forma a
minimizar turbulências no corpo do líquido, auxiliando na floculação das partículas;
- os gases produzidos pela eletrólise poderão auxiliar na neutralização de cargas das
partículas no meio líquido, também auxiliando na floculação; e
- o período de detenção e a intensidade poderão variar de acordo com o tipo de efluente a
ser tratado.
O tempo de subida de uma bolha pode ser determinado, considerando apenas a distância
percorrida pela bolha. Para uma bolha com diâmetro de 100 µm em um recipiente com 40
cm de profundidade P, T
B
(tempo de ascensão da bolha) é dado por:
T
B
= P/ V
B
(3.40)
À 30
o
C, a velocidade média de bolhas (V
B
) com 100 micrômetros será 0,658 cm/s.
Segundo Bennet 1988 (apud Wiendl, 1998), pouco se conhece a respeito dos parâmetros,
taxas e mecanismos de controle do processo de flotação, estando as informações dispersas
na literatura. Estudos feitos por Vrablik e por Ramirez (apud Wiendl, 1998) mostraram
como varia o tamanho das bolhas, em micrômetros, quando produzidos pelos diferentes
processos, assim como o número de bolhas formadas por cm
3
:
- ar dissolvido: 30 a 110 µm, com valor mais comum de 75 µm, e 2 x 10
5
bolhas/cm
3
;
- eletrólise: 45 a 180 µm, com valor mais comum de 110 µm, e 1 x 10
5
bolhas/cm
3
; e
- ar disperso: 80 a 300 µm, com valor mais comum de 170 µm, e 36 bolhas/cm
3
.
O custo do processo de eletroflotação poderá ser alto, devido ao tempo de vida dos anodos.
Dessa forma, os esforços para o melhor uso deste método devem se concentrar na busca de
tipos de materiais mais baratos para a construção de eletrodos e em aplicações onde seu
custo se justifique, tais como rejeitos industriais, ou outros casos onde a disposição é cara.
21
3.5 - PASSIVAÇÃO E POLARIZAÇÃO DOS ELETRODOS
Conforme Wiendl (1998) alguns autores admitem que a passivação seja causada por um
filme invisível de óxido na superfície metálica ou por um estado oxidado dessa superfície.
Admite-se também que este filme não seja apenas de óxidos, assim como que a passivação
seja causada por oxigênio, íons ou moléculas adsorvidas na superfície metálica. Pela teoria
da Configuração Eletrônica, na reação entre os átomos superficiais de um metal e o
eletrólito pode ocorrer uma variação na configuração eletrônica, principalmente no caso de
metais de transição com subníveis “d” incompletos. Essa variação pode ser feita pelo
oxigênio e outras substâncias oxidantes adsorvidas na superfície e que retiram os elétrons
do referido subnível “d”, provocando a passivação.
Devido à perda ou ganho de elétrons durante o processo eletrolítico, os eletrodos
polarizam-se, podendo, no caso dos anodos, haver deposição de materiais. Nas aplicações
práticas, tem-se observado que, após a inversão de polaridade no sistema elétrico, há um
desprendimento de uma fina película que estava aderida à superfície dos eletrodos de aço
comum. Para a remoção de material aderido também podem ser utilizados baixos valores de
densidade de corrente e até o aumento da velocidade do fluido, retirando a camada de óxido
através do arraste das partículas (Wiendl, 1998).
3.6 – RESÍDUOS DO PROCESSO ELETROQUÍMICO - ESCUMA E LODO
Como descrito por Wiendl (1998), a escuma e o lodo resultantes do tratamento eletrolítico
de esgotos urbanos, com eletrodos de aço inoxidável, podem ser aplicados como
fertilizantes agrícolas, devido às concentrações dos nutrientes (NPK) se apresentarem, em
valores de 2,69 mg/L e de 0,97 mg/L respectivamente, para N e P. Estas concentrações são
comparáveis com as presentes em esterco de curral, 2,0 mg/L (N) e 0,67 mg/L (P).
No procedimento citado por Wiendl (1998), metais como o Hg e o Zn sofreram forte
redução no efluente da calha devido à eletrólise, sendo totalmente eliminados no
22
decantador, com concentrações na escuma chegando a ser 100 vezes maior do que a
presente no esgoto bruto.
Um dos perigos da utilização de escumas e lodos na agricultura é a contaminação direta de
lavradores pelo mau uso. Uma boa forma de utilização seria em programas de
reflorestamento, pois ele se torna viável economicamente pelo menor custo do transporte do
material seco e adensado. Quanto ao efluente em si, a sua utilização na agricultura terá
apenas função de irrigação já que grande parte dos fertilizantes (NPK), já foi retirada pela
escuma ou pelo lodo. A utilização industrial destes materiais dependerá do processo
industrial em questão, como por exemplo: produção de celulose, curtumes, fabricação de
álcool de cana, processos de lavagem, de refrigeração (Wiendl, 1998).
No tratamento eletrolítico, tanto a escuma como o lodo produzido nas diversas unidades
tem sido dispostos diretamente nos leitos de secagem, sem a fase intermediária da digestão.
O material apresenta-se bastante mineralizado pelas ações estabilizadoras, tanto de uma
forte oxidação promovida pelos íons oxigênio nos anodos, como de rápidas reações
químicas de redução propiciadas pelo hidrogênio. Procedimento diferente do que ocorre
com o lodo produzido por tratamentos convencionais biológicos, onde o lodo não pode
simplesmente ser disposto em leitos de secagem para o adensamento, devido à grande
quantidade de água que contém (Wiendl, 1998).
23
4 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Ao longo do tempo, o processo eletrolítico, como forma de tratamento de efluentes, tem
mostrado diversas variantes. O seu uso tem evoluído conjuntamente às novidades
tecnológicas, tais como equipamentos com mais recursos e mais potentes, novos materiais
como eletrodos, assim como usos para tratar os mais variados tipos de efluentes,
decorrentes da evolução dos processos industriais atuais e das necessidades ambientais.
4.1 – HISTÓRICO DOS PROCESSOS ELETROQUÍMICOS
A produção de eletricidade por processos químicos foi acidentalmente descoberta por Luigi
Galvani em 1789, quando realizava experimentos em pernas de sapos, que estavam
pendurados pelas pernas por ganchos metálicos e descobriu que seus músculos se
contorciam quando o sapo balançava com o vento e era encostado no metal da janela. O
fenômeno foi atribuído ao fluido existente no tecido orgânico. Posteriormente, Alexandre
Volta mostrou que tal fato decorria da passagem de corrente elétrica contínua, e construiu
uma bateria “galvânica” com placas alternadas de Zn e Cu, separadas por meio ácido. Em
1834 Michael Faraday postulou as Leis da Eletrólise (http://perso.club-internet.fr/
gravert/galvetch/notacid.htm, 21/08/04).
O tratamento de esgotos domésticos por processos eletrolíticos teve sua primeira patente no
ano de 1856, na Inglaterra, mas não foi registrado sucesso na rotina de operação. A primeira
aplicação prática da eletrólise para o tratamento de esgotos domésticos, relatada com
resultados satisfatórios, ocorreu em Crossmess, Londres, Inglaterra, em 1889, por Webster.
Foram utilizados eletrodos de ferro, com adição de água do mar ao esgoto como fonte de
sal, aplicando uma tensão de 10 volts. Foi de fato a primeira vez que foi realizada a
precipitação química de fósforo por compostos de ferro no tratamento de esgotos
domésticos (Rybicki, 1999).
24
Em 1909, nos Estados Unidos, Harris desenvolveu estudos com o processo eletrolítico
utilizando eletrodos de ferro e alumínio. No Brasil, em 1909, Saturnino de Brito apresentou
o processo eletrolítico como uma opção para o tratamento de esgotos. Ainda em 1909, na
cidade de Santa Mônica, Califórnia, nos Estados Unidos, foi colocada em operação uma
estação de tratamento de esgotos pelo processo eletrolítico, com eletrodos de ferro fundido,
trabalhando com tensão de 1,7 V e corrente contínua de 500 A. Esta estação foi desativada
em 1930 com a alegação “de alto custo operacional e eficiência duvidosa” (Wiendl 1985).
Em 1910, entrou em funcionamento outra estação de tratamento de esgotos pelo processo
eletrolítico, na cidade de Oklahoma, nos Estados Unidos, com capacidade para 33 L/s,
semelhante à de Santa Mônica, porém utilizando eletrodos de ferro revestidos de cobre.
Esta estação foi abandonada em 1912, com as mesmas alegações da estação de Santa
Mônica, mas registrando altas eficiências na remoção de microorganismos (Wiendl, 1985).
O tratamento eletrolítico aplicado ao tratamento de esgotos domésticos foi aplicado em
várias localidades dos EUA no início do século XX, assim como em Toronto no Canadá,
sendo que, logo após a década de 20, todas elas foram quase que simultaneamente
abandonadas, o que coincidiu, muitas vezes, com o desgaste dos eletrodos (Wiendl, 1985).
No Brasil, em trabalho realizado na Unicamp, Campinas-SP (Wiendl, 1998), para
tratamento de efluente de hospital, as várias colméias (células eletrolíticas ou conjunto de
vários eletrodos metálicos) foram construídas com 31 eletrodos (de aço carbono comum) de
50 x 50 cm e espessura de 4,76 mm, seguindo as mesmas diretrizes adotadas na cidade de
Oklahoma em 1912.
Na instalação de Iracemápolis-SP (Bezerril e Wiendl, 1985), foram reduzidas as dimensões
dos eletrodos para 40 x 40 cm, assim como o número de eletrodos utilizados para 25. Neste
trabalho, foram obtidas remoções máximas de: 90% para DBO, 90% para DQO, 97% para
fosfatos, 70% para nitrogênio, 98% para resíduos sedimentáveis e 99,999% para
Coliformes.
25
4.2 – TRATAMENTO ELETROLÍTICO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS
O processo eletrolítico, no tratamento de águas residuárias, pode ser utilizado para os mais
diversos tipos de efluentes. Na Tabela 4.1 são mostradas algumas características
representativas dos diversos trabalhos de tratamento eletrolítico apresentados na literatura,
quanto ao tipo de efluente, tempo de detenção, tipo de material utilizado como eletrodo, e a
eficiência de remoção de poluentes e nutrientes presentes no efluente tratado em batelada.
Diferentes parâmetros de qualidade da água costumam ser analisados nos mais variados
trabalhos, dependendo do objetivo almejado. Os parâmetros mais comuns são DQO, DBO,
SS, pH, N (amoniacal e total) e P (ortofosfato e total), podendo também serem medidos
vários outros, tais como COT (carbono orgânico total), cloro, alumínio, ferro, SVS (sólidos
voláteis suspensos), cianeto, cor, ácido húmico, cálcio, magnésio, entre outros.
Os eletrodos utilizados nos diferentes trabalhos apresentados na Tabela 4.1 podem ser do
tipo reativo ou inerte, onde há maior variação de materiais. O uso de cada combinação de
eletrodos dependerá dos mecanismos envolvidos no processo de tratamento.
Analisando a variação do tempo de detenção e eficiência de remoção, Chen et al. (2000),
tratando efluentes de restaurantes, avaliaram que, para obtenção de mesmos valores de
eficiência no tratamento eletrolítico, o comportamento destas duas propriedades se mostra
inversamente proporcional.
No trabalho de Vlyssides et al. (2002), tratando esgotos domésticos, o tempo total de
detenção foi de 6 h, porém com o pH 9 e 2,5 h de tratamento, os resultados atingiram 100%
de remoção, não só para DQO, conforme a Figura 4.1, assim como para as outras
propriedades, SS, P total, N total e a desinfecção.
26
Tabela 4.1 – Tratamento eletrolítico: alguns tipos de efluentes, tempo de detenção, material
de eletrodo e eficiência de remoção.
Referência Tipo de efluente /
Tempo de detenção
Material do eletrodo Eficiência de remoção
(%)
Poon e Brueckner
(1975)
Esgoto doméstico /
1 h
Anodo – grafite
Catodo – ferro
DBO = 80, SS = 85
P
total
= 90, N
total
= 80
Vlyssides et al.(2002) Esgoto doméstico /
2,5 h
Anodo – Ti/Pt
Catodo – aço inox
DQO, SS, P total e
N total = 100%
Chen et al. (2000) Efluente de
restaurante /
6,5 min a 1 h
Anodo – alumínio
Catodo – alumínio
DQO = 88,9,
SS = 99
DBO5 = 93,4
Óleos e graxas = 99,9
Tsai et al. (1997) Chorume /
4 h
Anodo – titânio
Catodo – grafite
DQO =92
N total = 100
Ho et al. (1990) Cianeto /
22 h
Anodo – aço inox
Catodo – aço inox
Cianeto (CN
-
)= 98,6
Guaglione (1995) Indústria de papel e
celulose/ 2,25 h
Anodo – alumínio
Catodo – alumínio
Cor = 88,2
DQO = 88,6
Motheo e Pinhedo
(2000)
Ácido húmico (via
água de rio) / 9h
Catodo e anodo =
Ti/Ru
0.3
Ti
0.7
O
2
Ácido húmico = 100
Figura 4.1 - Remoção de DQO durante o tratamento eletrolítico, com variação de pH
(Vlyssides et al., 2002).
4.2.1 – Tipos de reatores eletrolíticos
A decisão sobre a configuração do reator depende das necessidades de cada processo de
tratamento, suas formas, modos de operação, do fluxo de eletrólito, controle de
27
temperatura, número de eletrodos, tipos de conexões elétricas, grau de separação entre
anolítos e catolítos, e a estrutura do eletrodo e seus movimentos. O tipo célula utilizada
dependerá de critérios químicos, econômicos, de engenharia, de segurança e ambientais.
(Rajeshwar e Ibanez, 1997).
Têm sido utilizados formas e tamanhos variados na construção de reatores eletrolíticos para
o tratamento de águas residuárias. Conforme Jüttner et al. (2000), a construção dos reatores
está relacionada, principalmente, com a variação da área específica do eletrodo e o
coeficiente de transporte de massa. Podem estar acoplados ao reator sistemas de
recirculação do efluente ou câmaras para reter o material decantado ou flotado.
No trabalho de Chen et al. (2000), foi utilizado um reator dotado de um sistema de
recirculação, onde o material flotado era retido em uma câmara de separação de 0,3 L, após
passar pelo reator eletroquímico, com 1,2 L de capacidade, conforme a Figura 4.2. O
objetivo maior, neste trabalho, foi separar os óleos e graxas existentes nos efluentes de
restaurantes a serem tratados.
Figura 4.2 - Sistema de tratamento eletrolítico contendo (1) agitador magnético, (2) tanque
com efluente para a alimentação do reator, (3) bomba, (4) reator eletroquímico, (5)
separador do material flotado e (6) fonte de alimentação (CC) (Chen et al., 2000).
No trabalho de Poon e Brueckner (1975) foram testadas duas configurações para o
tratamento eletrolítico de esgotos domésticos, em um reator de 14 L. No primeiro sistema,
foi utilizado um esquema em batelada, sem recirculação, com duas proporções na mistura
entre a água do mar e esgoto (1:9 = 10% e 1:6 = 14,3%). No segundo sistema, houve
recirculação, via processo de fluxo contínuo. O tempo de detenção foi sempre de 40
28
minutos, e os resultados obtidos estão mostrados na Tabela 4.2. Observa-se que houve
melhor eficiência nos processos em batelada.
Tabela 4.2 - Eficiência de remoção, em porcentagem, no tratamento eletrolítico em batelada
e em fluxo contínuo no trabalho de Poon e Brueckner (1975).
Tipo de Tratamento
/ Parâmetro
Em batelada
10% (1:9)
Em batelada
14,3% (1:6)
Em fluxo
contínuo
SS 85 87 66,7 – 85,0
DBO 85 85 59,8 – 73,4
N-NH3 90 85 67,5 – 100
N – total 80 90 59,0 – 94,5
P – orto 90 98 74,0 – 85,6
P – total 90 98 78,6 – 90,2
4.2.2 – Tipos de eletrodos
Conforme pode ser visto na Tabela 4.1, vários tipos de materiais diferentes podem ser
utilizados para formar o par de eletrodos, catodo e anodo. Entre os eletrodos inertes, pode-
se usar grafite, Ti/Pt, Ti, e Ti/Ru
0.3
Ti
0.7
O
2
. Quando se está interessado no processo de
eletrocoagulação e eletrofloculação, são usados eletrodos reativos de alumínio e ferro. Os
eletrodos de grafite, apesar de serem inertes, segundo Rajeshwar e Ibanez (1997) podem
sofrer deteriorização, em condições mais drásticas, devido à intercalação de íons e
moléculas que podem migrar entre seus planos basais, causando fraturas.
4.2.3 – Adição de sal
É uma característica dos esgotos domésticos conter cloretos, e em relação às excretas
humanas, principalmente devido a urina. Segundo Metcalf & Eddy (1991), nos EUA, as
concentrações típicas para cloretos, adicionada aos corpos d’água quando em contato com
esgotos domésticos são 30, 50 e 100 mg/L para esgotos diluídos, médios e concentrados,
respectivamente.
Conforme Poon e Brueckner (1975), algumas das vantagens da adição de sal de cozinha, ou
de água do mar ao esgoto a ser tratado são: a presença de magnésio e cálcio contribuindo
para a remoção de fósforo e nitrogênio; e a diminuição da potência necessária usada no
29
tratamento eletrolítico. De acordo com a Lei de Ohm, equação (4.1), com a adição de sal
ocorre um abaixamento no valor da resistência da solução, que é inversamente proporcional
a condutividade, e para um mesmo valor de voltagem, o valor da corrente elétrica final será
aumentado.
V = R x I (4.1)
Sendo:
V - voltagem
R - resistência
I - corrente elétrica
Uma desvantagem da utilização do sal nos efluentes, é o fato de não ser possível fazer
medidas diretas de DQO dessas amostras, pois, o cloreto reage com o dicromato, levando a
resultados maiores dos que os esperados. Por esse motivo, as medidas de remoção de
matéria orgânica ficaram restritas a algumas opções: DBO, COT ou então, o uso de uma
fonte mais potente, a ponto de não ser necessária a adição de sal. As medidas de DBO
foram descartadas devido à grande quantidade de amostras que deveriam ser coletadas,
assim como, o tempo para a sua leitura, o que faria com que, acumulassem frascos de
leituras de vários dias, sendo necessários vários equipamentos para a DBO manométrica,
assim como dezenas de frascos, caso fosse utilizado o método das diluições sucessivas.
Conforme Poon e Brueckner (1975), devido à formação de cloro residual livre e a presença
de amônia, nos esgotos domésticos, há formação e destruição das cloroaminas, sendo um
mecanismo menor para a remoção de amônia, descrito pela reação:
2NH
2
Cl(aq) + HOCl(aq) Æ N
2
(g) + 3HCl(aq) + H
2
O (4.2)
Chen et al. (2000) estudaram a variação da condutividade, em relação à remoção de DQO e
de óleos e graxas, adicionando cloreto de sódio até valores de condutividade de 3000
µS/cm. Os resultados mostraram que não houve variação nas remoções em relação à
variação da adição de sal. Provavelmente, conforme Chen et al. (2000), as diferenças em
relação às remoções em condições salinas devem ser devido às diferenças nos mecanismos
de remoção dos poluentes. Porém, apesar de não afetar a remoção de poluentes, a adição de
sal ajudou na diminuição da potência requerida, de 1,29 para 0,32 kWh/m
3
.
30
Vlyssides et al. (2002) adicionaram sal até concentração de 8 g/L, para tratamento de
esgotos domésticos, sendo os eletrodos de liga de titânio revestida por platina (anodo), e
aço 304 (catodo). Foi obtida desinfecção total no esgoto, e foram medidas as concentrações
de vários oxidantes, conforme mostrado na Figura 4.3. Dentre os outros oxidantes, foram
notadas as presenças de O
3
e H
2
O
2
.
Figura 4.3 - Concentração de cloreto ( ), cloro livre ( ), hipoclorito ( ), cloratos (x) e
outros oxidantes (
*
), à pH 9, (Vlyssides et al. 2002).
4.2.4 – Corrente elétrica e densidade de corrente
Na maior parte dos sistemas de tratamento utilizados, é utilizada corrente contínua (CC),
ficando definido o anodo e o catodo no reator. Quando é utilizada corrente alternada (CA),
alternam-se constantemente os pólos, com eletrodos ora positivos (anodos) e ora negativos
(catodos). Nos trabalhos analisados nessa dissertação, a grande maioria envolve o uso de
CC.
Conforme pode ser visto na Tabela 4.3, que mostra alguns trabalhos selecionados, os
valores de densidades de corrente utilizadas podem variar com o tempo de detenção, em
função das necessidades de remoção existente em cada um dos diferentes tipos de efluentes
tratada.
31
No trabalho de Chen et al. (2000) a densidade de corrente variou de 12,5 a 108,9 A/m
2
com
tempo de detenção de 60 a 6,5 minutos, conforme Figura 4.4. Foram mantidos os mesmos
valores de eficiência de remoção, no tratamento eletrolítico de efluentes de restaurantes. Os
autores concluíram que a densidade de corrente e o tempo de detenção, devem ser
escolhidos de acordo com o tipo de sistema a ser adotado no tratamento, para tratamentos
mais rápidos, deve ser utilizado fonte de alimentação mais potente, o que também significa
maior custo.
Figura 4.4 – Valores de densidade de corrente, A/m
2
, necessárias para obtenção de mesmos
valores de eficiência de remoção, em porcentagem, na remoção de DQO e óleos e graxas
(Chen et al., 2000).
4.2.5 – Controle do pH
De acordo com as substâncias presentes e com o sistema de eletrodos utilizado no processo
eletrolítico, poderá ocorrer variação do pH para um valor básico ou ácido. No caso da
oxidação de substâncias orgânicas, a tendência será a diminuição do pH, devido à formação
de ácidos orgânicos e outras substâncias ácidas. Quando estiver presente o íon cloreto, pelo
processo eletrolítico, ocorrerá a formação de cloro residual livre, que tem, como subproduto
desta reação, a formação do íon hidroxila, aumentando o pH, conforme as reações (3.7) e
(3.11). Por outro lado, quando houver reações de redução do cloro gasoso (Cl
2
) e do ácido
hipocloroso (HClO), um dos produtos formados será o íon H
+
, baixando o pH, conforme as
32
Equações (3.8) a (3.10). Este equilíbrio estará de acordo com a quantidade de íon cloreto
presente, assim como da intensidade do processo eletrolítico na produção de cloro residual.
No trabalho de Chen et al. (2000) foi analisado o tratamento eletrolítico de efluentes de
restaurantes, com ajuste inicial do pH, na faixa de 3 a 10, sendo este último o valor em que
a remoção atingiu os maiores valores. Durante o tratamento, conclui-se não ser necessário o
ajuste posterior de pH, devido às pequenas diferenças obtidas nas eficiências de remoção. A
eletrocoagulação funcionou como um fator de neutralização do pH, sendo um fenômeno
bastante adequado ao tratamento dessas águas residuárias, podendo os efluentes tratados
serem descarregados sem posterior ajuste de pH.
O sistema de tratamento eletrolítico, utilizado por Vlyssides et al. (2002), continuamente
recirculava o esgoto, com o uso de uma bomba centrífuga. O pH do esgoto era corrigido
constantemente para o valor desejado, 6, 7, 8 ou 9, assim como a temperatura, para não
exceder 45
o
C.
Tabela 4.3 – Valores de densidade de corrente e tempo de detenção utilizados comumente
em trabalhos eletrolíticos.
Referência
Bibliográfica
Densidade de Corrente
(A/m
2
)/Tempo de detenção
Origem do
Efluente
Remoção de
DQO (%)
Pincoviscy e Silva
(1998)
(1) 6 / 1 h
(2) 15 / 30 min
Indústria de
Óleo de Soja
(1) 81,6
(2) 93,7
Vlyssides et al.
(2002)
750 / 1 h Esgoto Doméstico 85
Rodrigues e Brito
(2000)
(1) 6 / 1 h
(2) 21,5 / 1 h
Reator UASB (1) 74,7
(2) 86,2
Bezerril e Wiendl
(1985)
6 / 30 min Esgoto Doméstico 90
Allegre e Delgadillo
(1993)
90 / 20 min Refinaria de Petróleo 90
Guaglianone et al.
(1995)
300 / 2,25 h Solução de Lignina 88,3
Chen et al. (2000) 12,5 a 108,9 / 1 h a 6,5 min Efluente de
Restaurantes
70 a 94 (óleos
e graxas)
4.2.6 – Resíduos produzidos
Os produtos finais dos processos eletrolíticos estão relacionados com vários fatores, dentre
eles, a degradação parcial ou total das substâncias presentes e a eliminação por
33
eletrocoagulação e eletrofloculação, neste último caso com formação de lodo ou escuma. A
degradação de substâncias orgânicas como o fenol, pode ocorrer pela sua transformação em
benzoquinona, no primeiro estágio, e em alguns ácidos carboxílicos, no segundo estágio,
chegando à CO
2
no último estágio, conforme Feng e Li (2003), não sendo formado resíduo
sólido.
No tratamento de esgotos domésticos realizados por Vlyssides et al. (2002), com adição de
sal, houve remoção total de sólidos voláteis suspensos (SVS) (628 mg/L), conforme mostra
a Figura 4.6, sendo os melhores resultados obtidos com pH 9, a remoção de N e P total
acompanharam o mesmo comportamento do SVS.
Figura 4.5 - Remoção de sólidos voláteis suspensos (SVS) via coagulação e floculação
eletrolítica de esgotos domésticos (Vlyssides et al. 2002)
Chen et al. (2000), que trataram águas residuárias de restaurantes via coagulação e
floculação eletrolítica, com eletrodos de alumínio, obtiveram remoção de amostras com SS
(574 mg/L), DQO (2764 mg/L) e óleos e graxas (1500 mg/L), com produção de volume de
lodo úmido de 1,93% por volume de solução tratada. Após secagem em estufa à 105
o
C, por
10 h, e na mufla à 550
o
C, obteve-se massa residual com concentração de 108 mg/L.
34
4.3 – MECANISMOS PREDOMINANTES NO TRATAMENTO ELETROLÍTICO
Dependendo do sistema de tratamento eletrolítico, os mecanismos que predominam na
remoção poderão ser bastante diferentes, tais como eletrocoagulação e eletrofloculação,
eletroflotação, decantação, remoção de nutrientes (N e P), desinfecção, oxidação anódica e
redução catódica, dentre outros.
A Figura 4.6 mostra um processo eletrolítico, onde são utilizados eletrodos reativos de
alumínio como anodo e catodo, assim como os diferentes mecanismos de remoção que
atuam no efluente a ser tratado, tais como coagulação, floculação e flotação eletrolítica,
oxidação, redução e sedimentação.
Figura 4.6 – Interações que ocorrem dentro de um reator de eletrocoagulação.
(Holt et al., 2002, modificada).
4.3.1 – Eletrocoagulação, eletrofloculação e eletroflotação
Na eletrocoagulação são utilizados eletrodos reativos, como os de alumínio, que durante o
desgaste do eletrodo, fornecem o íon propício ao fenômeno da coagulação eletrolítica. Por
35
este mecanismo, o material a ser removido será transformado em lodo, sendo separado por
flotação ou sedimentação. No trabalho de Chen et al. (2000) este mecanismo foi o
principal, devido ao objetivo de remover óleos e graxas de efluentes de restaurante. A
eletroflotação é bastante útil para remoção do material particulado presente, podendo
auxiliar a remoção pelo processo de eletrocoagulação e eletrofloculação. O material mais
pesado presente no meio será removido por decantação.
4.3.2 – Oxidação e redução
Conforme Comninellis (1994), a oxidação pode levar à execução de dois processos, a
conversão eletroquímica ou a combustão eletroquímica. No primeiro processo, compostos
não biodegradáveis são transformados em biodegradáveis e, no segundo processo,
compostos orgânicos são completamente mineralizados à CO
2
. Para ocorrer a degradação
da substância, devem ser utilizados materiais adequados como eletrodo, que aumente a taxa
de oxidação, como paládio, platina, dentre outros com alta taxa de eletrocatalização
anódica. A produção de radicais -OH adsorvidos pode ser representada pela Figura 4.7,
onde M representa o metal que forma o eletrodo e R o reagente a ser oxidado, quando em
solução aquosa.
O processo de redução catódica, na presença de eletrodos adequados, pode ser utilizado
para a reação de produção de água oxigenada em meio ácido, através da reação:
O
2
+ 2H
+
+ 2e- Æ H
2
O
2
(4.3)
A redução catódica tem seu maior uso na remoção de metais presentes em solução,
transformando-os a partir de sua forma iônica solúvel (Me
z+
) em metal sólido (Me)
depositado no anodo, que pode ser representado pela reação geral:
Me
z+
(aq) + ze- Me(s) (4.4)
36
Figura 4.7 - Esquema geral da conversão (6) e da combustão (5) eletroquímica de
compostos orgânicos, com simultânea evolução de oxigênio (3,4), formação do –OH a
partir da H
2
O (1), e (2) transição do O do –OH para a rede do anodo óxido (Comninellis,
1994).
4.3.3 - Desinfecção
A geração eletrolítica de cloro gasoso (Cl
2
) através de processos eletrolíticos foi patenteada
em 1851 por Charles Watt, assim como a produção de soda cáustica e hipoclorito de sódio,
por eletrólise de salmoura. Em 1890, a companhia alemã Chemische Fabrik Greisheim-
Elektron foi a primeira a produzir comercialmente o cloro (http://pubs.acs.org/subscribe/
Journals/caw/1/i04/html/04chemistry.html, 21/08/04).
Através da geração eletroquímica de substâncias que atuam no meio como agentes
desinfetantes, os microorganismos presentes podem ser inativados, por via direta ou
indireta. Também pode ocorrer uma eletrossorção da bactéria e outros microorganismos, na
superfície do eletrodo com sua conseqüente inativação.
Os métodos de desinfecção de água podem ser classificados como de ação química ou
física. A ação química ocorre quando agentes químicos, tais como O
3
, H
2
O
2
, Cl
2
, Br
2
, I
2
,
HOCl, ClO
2
, fenóis, álcoois, persulfatos, percarbonatos, assim como o radical –OH, o
oxigênio nascente [O], que atuam inativando microorganismos e a ação física quando são
usadas radiações eletromagnéticas (ondas ultrassônicas, luz UV, radiação gama e raios X),
radiação particulada (feixe de elétrons) e corrente elétrica (Rajeshwar e Ibanez, 1997).
37
Os materiais do eletrodo utilizados para a produção de cloro gasoso, hipoclorito e ácido
hipocloroso variam grandemente, dependendo do agente desinfetante desejado. Nos catodos
são utilizados materiais como aço, cobre, grafite, carbono vítreo reticulado, enquanto nos
anodos são utilizados materiais como titânio ou nióbio platinizado, tântalo, grafite, carbono,
óxidos metálicos, prata, cobre, níquel, etc.. A desinfecção por cloração é simples, barata e
efetiva, e os materiais obtidos podem estar na condição de sólidos, líquidos ou gasosos
(Rajeshwar e Ibanez, 1997).
Após a descoberta da possibilidade de serem formados nas águas tratadas por produtos
clorados, os trihalometanos (THM), substâncias potencialmente cancerígenas, têm sido
realizadas muitas pesquisas na busca pelos fatores que levam à formação de tais
substâncias. O ideal seria que a adição desses desinfetantes clorados ocorressem na
ausência dos precursores da formação dos THM (Rajeshwar e Ibanez, 1997).
A principal vantagem do processo de desinfecção eletroquímica é a produção do
desinfetante no local do tratamento, pela mistura do efluente com a água do mar ou adição
de sal de cozinha, por exemplo. O processo eletroquímico tem sido utilizado em processos
de purificação, para a remoção de impurezas tais como sulfatos, fosfatos, cloretos, cátions
de metais pesados (Cu, Pb, Ni, Fe) e compostos orgânicos pelo efeito eletrooxidativo e
eletrorredutivo. Também remove turbidez, e substâncias associadas ao gosto e sabor da
água (Patermarakis e Fountoukidis, 1990).
O processo eletroquímico, em água, pode destruir uma grande variedade e
microorganismos. Stoner (1973, apud Stoner e Cahen, 1982), aplicaram tratamento
eletroquímico, em aproximadamente 40 espécies de microorganismos, de vários tamanhos
diferentes, incluindo vírus, bactérias, e algas, tais como a Euglena, os quais foram tratados
com sucesso. Foram utilizados nesses trabalhos eletrodos de grafite, sendo obtida boa
estabilidade eletroquímica, quando aplicado sinal de baixa freqüência e CC, com voltagem
variando de 5 a 15 V.
Stoner e Cahen (1982) aplicaram sinais de baixa freqüência de 1 Hz ou menor e corrente
alternada, no tratamento eletrolítico de amostras contendo E. Coli. A concentração de cada
um dos sais variou de 0,05 a 0,85%, ocorrendo redução de 10
3
no NMP de E. Coli quando a
densidade de corrente alcançou 7,5 mA/cm
2
. Foi notado que o pH teve grande influência na
38
desinfecção, sendo que valores de pH acima de 8,6, em soluções com NaCl, não mostraram
desinfecção considerável quando utilizada a maior concentração, que foi de 0,17 mol/L.
Foi notado por Stoner e Cahen (1982) que a eficiência na desinfecção em pHs maiores foi
menor, pela maior presença maior de ClO
-
, em relação às espécies Cl
2
e HClO, pois estes
últimos existem em maior concentração no meio quando em pHs menores, e apresentam
maior eficiência na remoção dos microorganismos.
Stoner e Cahen (1982) observaram que a solução de NaBr obteve maior eficiência na
desinfecção do que a solução de NaCl, devido à forma como os sais oxigenados, produtos
do processo eletroquímico, são ionizados no meio, formando os íons hipoclorito (ClO
-
) e
hipobromito (BrO
-
). Como o pKa do ácido hipobromoso (HBrO) é 9 e do HClO é 7,4, e a
eficiência da desinfecção está relacionada com o valor do pH, como ácido hipobromoso
dissocia menos do que o ácido hipocloroso, haverá menor concentração de BrO
-
do que
ClO
-
, em mesmos valores de pH.
Segundo Patermarakis e Fountoukidis (1990), o mecanismo geral do processo de
desinfecção eletroquímico, na sua maior parte, ainda não é conhecido, dependendo da
natureza dos eletrodos, da qualidade da água, do tipo de corrente utilizada.
Patermarakis e Fountoukidis (1990) analisaram águas residuárias com alta contaminação
por coliformes e estreptococos fecais, sendo tratada eletroquimicamente, utilizando
eletrodos de Ti. O objetivo desse trabalho foi estudar a eficiência do processo, quando
analisados alguns parâmetros, tais como concentração de bactéria e densidade de corrente,
para desenvolver um modelo cinético da destruição de bactérias e examinar se esse
processo oferece alguma capacidade de desinfecção residual, após o tratamento eletrolítico.
Patermarakis e Fountoukidis (1990) concluíram que o tempo necessário para a desinfecção
é inversamente proporcional ao quadrado da densidade de corrente, e o aumento na
densidade de corrente exerce uma influência acelerada na eficiência da desinfecção do
sistema. Águas naturais foram tratadas com densidade de corrente de 5 mA/cm
2
por 12 min
e depois foram misturadas com igual quantidade de água contaminada. A análise
microbiológica da mistura mostrou ausência de germes vivos, demonstrando haver uma
capacidade residual de desinfecção no tratamento eletroquímico. Dessa forma, foi mostrado
39
que a desinfecção eletroquímica adquire grande importância, em relação a outros métodos,
como ozonização, que é o melhor método para desinfecção de água na remoção de odor e
sabor, mas que não tem capacidade de desinfecção residual.
Os mecanismos de desinfecção descritos por Patermarakis e Fountoukidis (1990) estão
apresentados a seguir:
(a) A formação do oxigênio ativo [O], que tem ação de vida curta, não oferecendo ação
residual.
(b) O O
3
pode ser produzido no anodo, em meio ácido (Cotton e Wilkinson, 1972).
Quando produzidos, os radicais livres HO
2
e OH exercem uma forte ação desinfetante,
porém por curto tempo, sendo esperada pequena capacidade desinfetante residual.
(c) O íon cloreto, presente em águas naturais, é oxidado formando Cl
2
, que reage
imediatamente com a água.
A ação desinfetante nesse caso está relacionada com a presença das seguintes espécies Cl
2
,
HOCl e OCl
-
, sendo a primeira responsável pela capacidade desinfetante residual.
(d) Os íons carbonatos e sulfatos presentes, podem ser oxidados à percarbonatos e
persulfatos, que são excelentes agentes oxidantes para as bactérias (Porta e Kulhanek,
1986), e também mostram pequena capacidade desinfetante residual.
(e) Espécies letais podem ser produzidas nos catodos, pela reação do O
2
molecular com à
água, tais como os íons hidroperóxidos (HO
2
-
).
Os íons hidroperóxidos são fortes agentes desinfetantes, sendo muito instáveis e de vida
curta, que podem se decompor formando o oxigênio ativo [O], sofrendo redução, para
formar o indesejável OH-.
Este tipo de ação ocorre em todo o volume da solução tratada, com tempo de vida curto e
com capacidade desinfetante residual muito curta.
40
(f) O campo elétrico, por si só, pode causar diretamente a destruição das bactérias, pelas
reações eletroquímicas que ocorrem dentro delas, pela corrente transferida dos germes para
o anodo e um potencial insuficiente para causar a eletrólise da água (Porta e Kulhanek,
1986). Essa ação pode ocorrer em todo o volume, mas somente durante a passagem da
corrente elétrica, sem potencial desinfetante residual esperado.
Patermarakis e Fountoukidis (1990) obtiveram as seguintes conclusões com esse trabalho:
- o processo eletroquímico de águas naturais, altamente contaminadas com coliformes e
estreptococos fecais, com eletrodos de Ti e corrente contínua, mostra forte ação
desinfetante;
-No caso dos coliformes, o fator desinfetante foi encontrado ser proporcional ao tempo do
tratamento e ao quadrado da densidade de corrente;
- O mecanismo de ação desinfetante eletroquímica é bastante complexo, e o efeito
desinfetante total está relacionado com pelo menos seis processos efetivos, sendo
necessário mais investigações, para sua elucidação; e
- O processo pode ser melhorado do ponto de vista econômico e tecnológico, para encontrar
uma aplicação na desinfecção de grandes quantidades de água e também em processos de
fluxo contínuo.
4.3.4 – Outros mecanismos
Além Sobrinho e Zimbardi (1987) utilizaram o tratamento eletrolítico em esgotos
domiciliares, sendo a água do mar misturada ao esgoto na proporção de 25% do volume
final, como eletrólito do processo. Concluíram que a remoção de fósforo na câmara
eletrolítica ocorreu devido a sua adsorção nos flocos de Mg(OH)
2
, sendo a causa principal
da remoção. Como eletrodos, foram utilizados o grafite como anodo e o ferro como catodo.
Conforme Foyn (1964, apud Poon e Brueckner, 1975), a forma mais importante para a
remoção dos fosfatos ocorre por adsorção nos flocos de Mg(OH)
2
, formando o sal
MgNH
4
PO
4
, sal que, quando hexa-hidratado, apresenta solubilidade em água de 160 mg/L,
o que significa 20 mg/L de fósforo. Os hidróxidos de ferro e de cálcio foram considerados
como agentes secundários no processo de adsorção de fósforo. Poon e Brueckner (1975),
41
tratando esgotos domésticos, obtiveram remoções de orto-fosfato e fosfato total na faixa de
74,0 a 85,6% e 78,6 a 90,2 %, respectivamente.
No trabalho de Poon e Brueckner (1975), a média de eficiência na remoção de nitrogênio
amoniacal foi de 90% e para nitrogênio total foi de 80%. As maiores porcentagens de
remoção ocorreram com pH 10 ou maiores. Devido à presença de cloro gasoso e amônia,
houve formação de cloroaminas, com concentrações máximas medidas de 6 e 28,5 mg/L
para a dicloroaminas e monocloroaminas, respectivamente, sendo um mecanismo
insignificante para a remoção de amônia. O fato de ser encontrado nitrogênio na escuma
levou à conclusão de que o mesmo tipo de floco que participou da remoção dos fosfatos
também ajudou na remoção do nitrogênio.
Jiang et al. (2002) aplicaram a eletrocoagulação e a eletrofloculação para o tratamento de
água do rio Tamisa, em Londres. Foram utilizados eletrodos de alumínio e um tanque de
separação para o material flotado, e os valores de densidade de corrente utilizados foram
20, 30 e 50 A/m
2
, com tempos de tratamento variando entre 3 e 16 h. As espécies formadas
de alumínio, como os hidróxidos, desestabilizaram e agregaram as partículas em suspensão
(removendo turbidez) e adsorveram contaminantes dissolvidos (removendo matéria
orgânica dissolvida). As partículas em suspensão foram capturadas pelas bolhas de H
2
(g)
produzidas. Comparando com as mesmas dosagens de Al
3+
, em relação à coagulação
química, esse tratamento foi melhor em 20% na remoção de matéria orgânica dissolvida
para baixas dosagens (< 5 mg/L), enquanto que, para maiores dosagens, a remoção foi
similar.
4.4 –TRATAMENTO ELETROLÍTICO ACOPLADO COM OUTROS MÉTODOS
Para aumentar a eficiência de remoção dos mais diversos tipos de poluentes, devido às
diferentes formas como estes se apresentam no meio a ser tratado, muitas vezes pode ser
útil a utilização de outros métodos, em consórcio, para a diminuição do tempo e do custo de
tratamento. Dentre os métodos mais comuns, estão a filtração, os processos biológicos, e os
processos de oxidação avançados (Fenton, UV, fotoquímico, ozonização), dentre outros.
42
Kim et al. (2002) estudaram a performance de tratamento eletrolítico, em batelada, de água
residuária de indústria têxtil, acoplado com processo de biofilme fluidizado e coagulação
química. Como resultado final foram obtidos valores de remoção de 95,4 e 98,5 % para
DQO e cor, respectivamente, com aumento na eficiência de 25,7 e 20,5%.
Xiong et al. (2002) mostraram que o uso do método fotoeletroquímico foi bastante
apropriado para a degradação do azul de metileno, utilizando eletrodo tri-dimensional, e
obtendo valores de remoção de cor (95%) e de DQO (87%). Esses autores comprovaram
que esse método foi melhor neste caso, do que somente o método fotoquímico (remoção de
78 e 68%, respectivamente) ou o eletroquímico (remoção de 89 e 71%, respectivamente)
atuando isoladamente.
Utilizando o tratamento eletrolítico em batelada, com eletrogeração de peróxido de
hidrogênio, Panizza e Cerisola (2001) investigaram a degradação de compostos orgânicos
poliaromáticos. Para que fosse formado o H
2
O
2
, foi utilizado grafite como catodo, que
exibe uma atividade eletroquímica adequada, com alto sobrepotencial para a evolução do
hidrogênio e baixa atividade catalítica para a decomposição do H
2
O
2
. Para que o processo
obtivesse maior eficiência, foram testadas várias concentrações do íon ferro (II). Os valores
máximos de remoção de DQO e cor foram 87 e 89%, com concentração de ferro (II) a 3
mmol/L.
4.5 – TRATAMENTO ELETROLÍTICO: ANÁLISE E CONCLUSÃO DOS
RESULTADOS OBTIDOS NA LITERATURA
Dentre os vários trabalhos analisados, os resultados obtidos no tratamento eletrolítico
isolado ou acoplado com outros métodos, mostraram como comentários mais comuns, alta
eficiência, facilidade de execução e baixo custo de manutenção, o que contraria as
desvantagens normalmente apresentadas.
Poon e Brueckner (1975) concluíram, em seu trabalho de tratamento eletrolítico, que:
-este processo físico-químico é adequado e confiável para o tratamento primário de esgotos
domésticos;
43
-o efluente deste tratamento tem qualidade melhor do que a de um efluente secundário (de
ETE);
-tanto o fosfato quanto o nitrogênio podem ser removidos efetivamente;
-este tratamento pode ser executado, ao invés do uso de tratamento biológico convencional,
com igual ou melhor qualidade no efluente;
-a operação e o controle do processo em batelada é mais simples do que nos processo
biológicos e químicos;
-devido não ser necessário adicionar substâncias químicas, a quantidade de lodo formado é
bastante menor;
-o processo é bastante atrativo para pequenas plantas de tratamento em áreas remotas,
principalmente em localidades litorâneas;
-baixas temperaturas não influenciam na eficiência de remoção; e
-a rejeição a este tipo de tratamento, devido ao alto gasto de energia é totalmente infundada.
As conclusões a que chegaram Chen et al. (2000) foram que a eletrocoagulação é um
método apropriado para o tratamento de águas residuárias de restaurantes, devido à
eficiência no tratamento de altas concentrações de óleos e graxas, DQO, DBO
5
e SS. Os
valores de pH, condutividade e densidade de corrente elétrica não afetaram
significativamente a eficiência de remoção dos poluentes, sendo que a eletrocoagulação
pode neutralizar a solução tratada e que o eletrodo de alumínio, para a coagulação e
floculação eletrolítica, é mais apropriado devido não produzir efluente final com cor, como
ocorre com o eletrodo de ferro.
Vlyssides et al. (2002) concluíram que a oxidação eletroquímica é um método efetivo e
integrado para remoção de poluentes quase a zero, e que embora consuma dez vezes mais
energia do que a utilizada em um reator biológico com o mesmo tratamento, esse método é
mais apropriado do que os tratamentos biológicos convencionais pelas seguintes razões:
-é mais simples de operar, controlar e manter;
-como um sistema físico-químico, seus resultados são mais confiáveis;
-não produz lodo; e
-substâncias tóxicas, como fenóis, pesticidas, detergentes, não interferem no processo.
O trabalho de Vlyssides et al. (2002) tem como conclusão final que o tratamento
eletroquímico para esgotos domésticos parece ser bem favorável para pequenas
44
comunidades próximas do mar, mesma conclusão a que chegaram Poon e Brueckner
(1975).
Alguns comentários, apesar de contrastantes, como o consumo de energia, levaram os
autores à conclusão de que o tratamento eletrolítico é merecedor de destaque, em relação ao
tratamento de diversos tipos de efluentes. No trabalho de Vlyssides et al. (2002), os
resultados obtidos foram de consumo de energia dez vezes maior do que a de um reator
biológico com mesmo tratamento, enquanto Poon e Brueckner (1975) consumiram 1,19
kWh/m
3
, e comparando este consumo com o de uma ETE local com tratamento secundário
que consumia 0,925 kWh/m
3
. Poon e Brueckner (1975) concluíram que esta diferença leva
a um consumo menor do que o necessário para desinfecção e para remoção de P e N do
esgoto.
Pode-se notar que a maior parte dos estudos realizados foi realizada em batelada, havendo
poucos casos citados na literatura, de ETE em escala real funcionando via processo
eletrolítico. Dessa forma, este processo merece mais estudos ainda, para que todos os
mecanismos que atuam nas remoções de poluentes e nutrientes sejam bastante conhecidos,
e que sejam minimizadas todas as condições que possam ter levado às desativações de
ETEs no passado.
45
5 – METODOLOGIA
O trabalho experimental foi realizado no Laboratório de Análise de Água (LAA) do
Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (ENC) da Universidade de Brasília (UnB).
Para realização dos ensaios de tratamento eletrolítico foram coletadas amostras de esgotos
tratados em diferentes etapas nas Estações de Tratamento de Esgoto de Brasília (ETEB),
Norte e Paranoá, sendo utilizado um reator em batelada.
No desenvolvimento do trabalho experimental, as variáveis estudadas durante os ensaios
eletrolíticos foram: tipo de amostra, combinação de eletrodos e corrente elétrica (densidade
de corrente).
5.1 – ETEB - NORTE E ETEB - PARANOÁ
A ETEB-Norte foi projetada para atender a 251.000 habitantes, com capacidade para tratar
920 l/s, tratando atualmente cerca de 396,83 l/s. Nesta ETE foi adotado como processo de
tratamento o “Bardenpho Modificado” ou “Phoredox”.
O fluxograma da estação apresenta-se na Figura 5.1. Na etapa inicial, o tratamento
preliminar é realizado por um sistema de gradeamento manual e mecanizado e por
desarenadores do tipo “air lift” para remover o material grosseiro e areia.
Após o tratamento preliminar a água residuária é submetida à decantação primária, que
completa a fase do tratamento primário da estação. Na etapa seguinte, o tratamento
secundário, a água residuária é tratada em reatores biológicos. O polimento final do
efluente ocorre após a decantação secundária, onde o efluente dessa etapa é submetido a um
tratamento químico, pela adição de sulfato de alumínio e polieletrólitos. O efluente final é
lançado no lago Paranoá.
46
Água residuária
bruta
Grade
mecanizada
Desarenador
mecanizado
Decantador
primário
Reatores
biológicos
Decantador
secundário
Polimento final
Água residuária
tratada
Corpo receptor
Figura 5.1 - Unidades do sistema de tratamento da fase líquida da Estação de Tratamento de
Esgotos Brasília Norte (Santos, 2000)
A ETEB-Paranoá foi projetada para atender a 60.000 habitantes e capacidade para tratar
112 l/s de vazão afluente, atendendo atualmente, apenas 32,92 l/s. O corpo receptor do seu
efluente final é o rio Paranoá, nas proximidades do Lago Paranoá (Santos, 2000).
A Figura 5.2 mostra o fluxograma da estação. O tratamento preliminar é realizado por um
sistema formado por grades manuais e mecanizadas e por um desarenador dotado de um
sistema de remoção mecanizado. O tratamento secundário é realizado por três reatores
UASB compartimentados, operando em paralelo, em seguida a água residuária é
encaminhada às lagoas de alta taxa. A última etapa do processo o tratamento é realizado por
seis leitos de escoamento superficial, que retêm parte das algas produzidas nas lagoas de
alta taxa.
Água residuária
bruta
Grade
mecanizada
Desarenador
mecanizado
Água
residuária
tratada
Reator UASB
compartimentado
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Reator UASB
compartimentado
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Reator UASB
compartimentado
Corpo
receptor
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Lagoa de alta taxa
Disposição no solo
Disposição no solo
Disposição no solo
Disposição no solo
Disposição no solo
Disposição no solo
Figura 5.2 - Unidades do sistema de tratamento da fase líquida da Estação de Tratamento de
Esgotos Paranoá (Santos, 2000).
5.1.1 – Reator UASB e seu efluente
O reator UASB conhecido como Reator Anaeróbio de Manta de Lodo, tem como
característica marcante a obtenção de efluentes através de manta de lodo com fluxo
ascendente, e tem apresentado destaque entre os reatores anaeróbios, pelos bons
47
rendimentos no tratamento de águas residuárias domésticas, sem a demanda de grandes
gastos. Ocupa pequenas áreas, com baixa produção de lodo, sem ter a necessidade de
suporte para a retenção de biomassa, que cresce dispersa no meio, apresentando-se na
forma de densos grânulos suspensos, que possuem uma configuração estratificada em sua
disposição no reator. Conforme von Sperling (1997), as próprias aglutinações das bactérias
no reator tendem a servir de meio suporte para as outras bactérias.
O reator de manta de lodo é capaz de suportar altas taxas de carga orgânica e a grande
diferença, quando comparado com outros reatores de mesma geração, é sua simplicidade
construtiva e os baixos custos operacionais. Algumas das desvantagens dos reatores UASB,
segundo Chernicharo (1997) são:
• possibilidade de emanação de maus odores;
• baixa capacidade do sistema em tolerar cargas tóxicas;
• elevado intervalo de tempo para a partida do sistema; e
• necessidade de etapa de pós-tratamento.
Devido a esta última desvantagem, houve a escolha do efluente do reator UASB para testar
a capacidade do tratamento eletrolítico atuar neste sentido.
5.2 - SISTEMA ELETROLÍTICO EM ESCALA DE BANCADA
O modelo de reator escolhido para ser utilizado durante os ensaios eletrolíticos teve a forma
retangular na base, semelhante ao reator utilizado por Poon e Brueckner (1975), Chen et al.
(2000), Vlyssides et al. (2002) e Rodrigues e Brito (2000). Rodrigues e Brito (2000)
trabalharam com efluentes UASB em um sistema sem agitação externa da amostra durante
o tratamento, somente o revolvimento da solução pelos gases produzidos durante a
eletroflotação, sendo semelhante ao que foi utilizado nesse trabalho.
Neste trabalho, a eficiência do tratamento eletrolítico foi analisada com a utilização de
eletrodos feitos por três materiais diferentes: alumínio, ferro e grafite. A escolha dos dois
primeiros como eletrodos reativos decorre do fato de que os sais de ferro e de alumínio são
48
usualmente utilizados como coagulantes no tratamento de águas em geral, promovendo,
neste caso, a eletrocoagulação e a eletrofloculação.
O eletrodo inerte de grafite foi introduzido no processo com a finalidade de auxiliar na
busca por uma condição ótima do processo, pois conduz à eletrólise da água, produzindo o
gás hidrogênio (H
2
) no catodo, e dá prosseguimento a eletrocoagulação e a eletrofloculação
com redução das concentrações dos íons metálicos. Também produz desinfetantes como o
cloro e seus derivados, melhorando o processo de desinfecção do efluente tratado.
Foi também considerado que na busca por um material adequado e acessível para servir
como eletrodo inerte, dentre os vários existentes, a grafite é um material mais barato do que
os metais nobres, titânio, platina, rutênio, e que dificultariam a sua utilização em condições
de trabalho, não só no trabalho em escala de bancada, quanto em reatores em grande escala.
O sistema concebido para o tratamento eletrolítico em escala de bancada foi composto dos
seguintes itens:
- Reatores – confeccionados em vidro, com as dimensões de 40 cm de comprimento, 30 cm
de altura e 34 cm de largura.
- Eletrodos - placas de ferro (massa média 1500 g cada), de alumínio (500 g cada) e de
grafite (massa média 3 Kg), com 30 cm de altura, 35 cm de comprimento e espessura de 2
mm (ferro e alumínio) e 14 mm (grafite).
- Fonte alimentadora de corrente contínua – Fonte Hidrogerox 500, com voltagem entre 6 e
7 V, com capacidade de suportar corrente elétrica pelo menos de 40 A, conforme testes
realizados no Centro de Manutenção de Equipamentos da UnB (CME-UnB).
- Fiação: Fios e 6 “jacarés” com diâmetro de 10 mm para cada reator;
-Reostato – resistor com medida variável de resistência, emprestado pelo CME-UnB; e
-Amperímetro: equipamento da marca Weston DC, modelo 901, com escalas de medidas de
10, 25 e 50 A, emprestado pelo CME-UnB.
Antes de cada ensaio, o reator era preparado com a colocação ao fundo das barras de
plástico com frestas adequadas para cada tipo de eletrodo utilizado, de acordo com a sua
espessura, para o encaixe dos mesmos e instalação da colméia de eletrodos. A forma como
os eletrodos foram colocados está representada na Figura 5.3.
49
Cada uma das 6 placas dos 3 diferentes materiais do eletrodo foi numerada de 1 a 6, com os
eletrodos pares conectados ao terminal negativo de saída do retificador, e os eletrodos
ímpares ao terminal positivo. É importante fazer a conexão dos fios de forma que a entrada
e a saída fiquem nos eletrodos 1 e 6, para não haver um “curto circuito” no sistema. Cabos
e conectores elétricos (jacarés) foram utilizados para conectar os eletrodos, o reostato e a
fonte retificadora e alimentadora de corrente elétrica, conforme mostra a Figura 5.4.
Figura 5.3 - Esquema de ligação dos eletrodos aos terminais positivo e negativo da fonte.
5.3– REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS
Os ensaios eletrolíticos foram realizados no mesmo dia das coletas, assim como todas as
análises físicas, químicas e bacteriológicas das alíquotas coletadas nos reatores durante o
tratamento eletrolítico. Os tempos estipulados para as retiradas periódicas de alíquotas do
esgoto tratado, durante os ensaios eletrolíticos, foram numerados de 1 a 8, conforme Tabela
5.1. A alíquota 1 representa o efluente como foi coletado na ETE, enquanto a alíquota 8
representou a solução tratada com tempo de detenção de 60 minutos no reator eletrolítico.
50
Figura 5.4 – Foto do sistema de tratamento eletrolítico, com a Fonte de Alimentação, o
Reostato, o Amperímetro e o Reator Eletrolítico.
Tabela 5.1 – Numeração das alíquotas coletadas no reator, durante o ensaio eletrolítico.
Tempo (min) 0 5 10 15 20 30 40 60
Alíquota Coletada 1 2 3 4 5 6 7 8
A escolha desta divisão, nos tempos de amostragem no reator eletrolítico, foi devida à
variação das características do efluente tratado, que ocorriam mais rápido no início do que
ao final do tratamento eletrolítico, conforme análise da variação dos vários parâmetros
analisados, tais como foram apresentados por Rodrigues e Brito (2000) e Vlyssides et al.
(2002), tratando esgotos domésticos por processos eletrolíticos.
Os procedimentos de rotina durante o dia dos ensaios foram os seguintes:
- Verificação dos parâmetros escolhidos para serem variados no dia;
- Pesagem dos eletrodos;
- Montagem do reator e fixação da colméia;
- Adição ou não de sal de cozinha ao efluente;
51
- Adição do efluente ao reator;
- Montagem do circuito elétrico;
- Posicionamento do sistema de coleta dos volumes;
- Acionamento do circuito;
- Retirada e filtração (ou não) das alíquotas
- Análise das alíquotas; e
- Lavagem dos eletrodos.
Durante os ensaios foi constatado que, quando da troca dos eletrodos reativos pelo eletrodo
de grafite, sempre ocorria abaixamento da corrente elétrica do sistema. Esse
comportamento está relacionado com o fato desse eletrodo inerte não consumir corrente no
desgaste de seu material, conforme ocorrem com os eletrodos reativos, por esse motivo, era
adicionado sal aos reatores, para que as correntes fossem elevadas aos valores anteriores,
iguais à da etapa com os eletrodos reativos. Via de regra, foram realizados dois ensaios por
dia de trabalho.
A troca dos eletrodos foi realizada quando utilizada a combinação entre eletrodos reativos
(Al e Fe) e inertes (grafite), aos 20 minutos do início do tratamento. Era desligada a fonte
de alimentação, desconectados os fios, e retirados os eletrodos reativos. Havia a troca do
suporte inferior de plástico, pois a espessura dos eletrodos de grafite é maior do que a dos
eletrodos de Al e Fe, e então os eletrodos de grafite eram colocados no reator, em paralelo,
com a mesma disposição dos eletrodos de Al ou Fe. Devido a esse procedimento havia um
revolvimento no efluente tratado, o que pode levar à quebra dos flocos produzidos na
primeira parte do tratamento, podendo prejudicar algumas medidas dos parâmetros de
eficiência analisados, tais como P, COT, Turbidez e Cor.
5.3.1 - Coleta e preparação das amostras no reator
Os efluentes coletados na ETE eram adicionados ao reator até chegarem a uma altura
próxima de 25 cm, quando utilizados os eletrodos de alumínio e ferro, e 28 cm para os
eletrodos de grafite, significando um volume de 33,8 L. Os eletrodos não ficavam
inteiramente mergulhados no efluente, conforme pode ser visto pela Figura 5.4
52
A alíquota 1 era retirada, após homogeneização, diretamente do galão utilizado para o
transporte da ETE até o LAA. Para realizar a retirada de alíquotas no interior do reator, nos
tempos 2 a 8, foi utilizada uma mangueira, que, mergulhada a um terço da altura do reator,
por sucção do esgoto tratado. Essa profundidade escolhida, representa a coleta do efluente
tratado, que pode ser encaminhado para um decantador subseqüente, na representação de
um sistema de tratamento em fluxo. Dessa forma, o volume final tratado era coletado a uma
determinada altura que não ficasse tão próximo da superfície, para não carrear os materiais
flotados, assim como nem tão profundo, para que possa levar consigo algum material que
possa sedimentar no reator.
Foi tomado o devido cuidado, a cada alíquota coletada, para o descarte do volume “morto”,
que ficava retido na mangueira, após cada coleta. O valor do volume total retirado do reator
dependeu da quantidade de análises feitas, conforme a Tabela 5.2. Os valores máximos dos
volumes foram definidos pelo Manual da HACH (1998) e Standard Methods (APHA,
AWWA, e WEF, 1995). As medidas de pH foram realizadas com alíquotas coletadas para
outras análises, tais como ferro, cloro, COT (Carbono Orgânico Total), devido a não ser um
método consuntivo de volume de alíquota. Porém, para as medidas de turbidez, cor e
condutividade, os volumes foram coletados somente para essas medidas.
Tabela 5.2 – Volumes necessários para cada análise física, química e bacteriológica.
Característica Volume (mL) Característica Volume (mL)
Cone Imhoff 1000 Alumínio 20
pH 0 Ferro 100
COT 50 Cloreto 50
Turbidez,
Condutividade e
cor verdadeira
50 Cloro Residual
Combinado
50
Fósforo reativo 5 Cloro Residual Livre 50
Coliformes 100 Nitrogênio amoniacal 25
As análises de Coliformes Totais, cloro residual (total e livre), pH e temperatura foram
feitas o mais rápido possível, após a coleta, devido a serem características que variam mais
com o tempo.
53
Para as análises de turbidez, cor verdadeira, ferro e alumínio, os volumes coletados foram
colocados em repouso, por pelo menos uma hora, para simular um decantador, no sistema
de tratamento após o reator eletrolítico. Para a medida de COT, devido às características do
equipamento, os volumes coletados foram filtrados em algodão, devido à facilidade de seu
procedimento, assim como permite resposta adequada ao procedimento do COT, cujo
equipamento não pode ser utilizado com amostras que contenham material particulado. Os
valores obtidos de COT são comparáveis, proporcionalmente, aos da DQO carbonácea
solúvel, pois foi retirado, por filtração, o material particulado presente.
5.3.2 – Lavagem, secagem e pesagem dos eletrodos
Com a finalidade de serem obtidas as massas reais dos eletrodos utilizados, estes eram
lavados após cada ensaio, para extrair os possíveis materiais aderidos durante o tratamento.
Esta lavagem foi feita com esponja e sabão. Não ocorreu, durante os ensaios realizados, de
os eletrodos apresentarem materiais mais difíceis de serem retirados. Deve ser evitado o uso
de material mais fortemente abrasivo como esponjas e palhas de aço, assim como meios
ácidos, que podem retirar massa do eletrodo, comprometendo a medida da variação das
massas, em relação ao seu uso durante o tratamento eletrolítico. Outra forma de diminuir a
quantidade de materiais aderidos nos eletrodos é a inversão de polaridade, o que foi feito
algumas vezes, apesar de se mostrar desnecessário, devido aos eletrodos reativos
dificilmente apresentarem aumento de massa durante os ensaios.
Após a lavagem e a secagem, os eletrodos eram colocados para secar, para serem pesados
somente no dia do tratamento, em balanças adequadas, sendo estimados somente as
variações ocasionadas por cada batelada do tratamento.
5.3.3 - Corrente elétrica e densidade de corrente
É bastante comum ser encontrado na literatura valores de densidade de corrente ao invés
dos valores de corrente elétrica aplicada. Porém, neste trabalho os resultados serão
apresentados com os valores de corrente elétrica aplicada em cada ensaio, pela facilidade de
54
serem mostrados os valores inteiros utilizados. A densidade de corrente aplicada pode ser
calculada de acordo com a equação (3.1).
Para calcular os valores de densidade de corrente elétrica fornecida ao reator eletrolítico
pela fonte de alimentação, foi determinada a área (em m
2
) das placas utilizadas como
eletrodos nos ensaios eletrolíticos. A partir das medidas das placas de ferro e alumínio, sua
área superficial é de 2.126 cm
2
, por placa, porém o volume mergulhado desses eletrodos
correspondeu à altura de 25 cm, ficando com área superficial útil de 1.707,2 cm
2
. Os
eletrodos de grafite têm área superficial total de 2.014,6 cm
2
, porém a área mergulhada foi
de 1.819,6 cm
2
.
Sendo que 3 placas são anodos e 3 são catodos por ensaio, no reator, a área total dos anodos
foi de 0,512 m
2
, para os eletrodos de alumínio e ferro, e 0,546 m
2
para os eletrodos de
grafite.
Neste trabalho, como os tempos de usos dos eletrodos reativos foram de 20 ou 60 minutos,
e para se adequar aos valores de densidade de corrente aplicados por Chen et al. (2000),
foram realizados testes experimentais, que levaram à concentração máxima de 5 g/L de sal
de cozinha, que significou 24 A ou 46,9 A/m
2
.
Em testes realizados pela fase experimental, os equipamentos utilizados não suportaram por
muito tempo o uso de corrente de 30 A, ocorrendo aquecimento dos fios, e desgastes dos
contatos metálicos. Por este motivo, foi escolhido como valor máximo de corrente elétrica,
20 A, e mínimo de 5 A. Em valores de densidade de corrente, significam variações de 9,76
a 39,0 A/m
2
para os eletrodos de alumínio e ferro e 9,16 a 36,6 A/m
2
para os eletrodos de
grafite.
Para serem obtidos tais valores de corrente elétrica foi dissolvido sal de cozinha nos
efluentes. Uma desvantagem deste procedimento é o fato de não ser possível fazer medidas
diretas de DQO dessas amostras, pois, o cloreto reage com o dicromato, levando a
resultados maiores dos que os esperados. Por esse motivo, as medidas de remoção de
matéria orgânica ficaram restritas a algumas opções: DBO, COT ou então, o uso de uma
fonte mais potente, a ponto de não ser necessária a adição de sal. As medidas de DBO
foram descartadas devido à grande quantidade de amostras que deveriam ser coletadas,
55
assim como, o tempo para a sua leitura, o que faria com que, acumulassem frascos de
leituras de vários dias, sendo necessários vários equipamentos para a DBO manométrica,
assim como dezenas de frascos, caso fosse utilizado o método das diluições sucessivas.
A utilização de uma fonte mais potente seria o mais adequado, pois poderia ser medida a
DQO, porém não nos foi possível construir em tempo viável tal fonte. A única desvantagem
dessa outra fonte seria o gasto maior de energia.
5.3.4 – Sistemas de eletrodos
Foi analisado o comportamento do processo eletrolítico, quando variado o material do
eletrodo, em relação à adição de íons de alumínio ou de ferro. Foram feitas trocas entre as
placas de eletrodos reativos (ferro ou alumínio) e inerte (grafite), simulando a passagem do
esgoto por mais de uma câmara de tratamento, sendo as câmaras do mesmo tamanho, e com
um tipo diferente de eletrodo.
As diferentes configurações de eletrodos utilizadas estão representadas pelos denominados
sistemas “Al”, “Al/G”, “Fe”, “Fe/G” e “G”, que significam o uso de um ou dois eletrodos
durante os 60 minutos, sendo que quando utilizados dois eletrodos, houve a troca dos
eletrodos reativos de alumínio ou ferro, após 20 minutos de tratamento, pelos eletrodos de
grafite, completando o tempo de 60 minutos.
5.4 - MONITORAMENTO DOS ENSAIOS ELETROLÍTICOS
Para que fosse atingido o valor planejado de corrente elétrica, foi utilizado um reostato, que
permitia a variação da resistência do sistema e conseqüentemente da corrente elétrica
aplicada no reator durante cada ensaio. O controle da amperagem foi constante durante os
ensaios, pois a condutividade da solução tende a variar com o tempo durante o tratamento
eletrolítico, devido à formação e a eliminação de várias espécies químicas, inclusive os
íons, assim como pode haver variação da voltagem, como característica própria do
retificador.
56
Devido ao reator ser formado de vidro transparente, foi facilitada a observação visual dos
vários fenômenos que ocorrem durante o ensaio eletrolítico. Além de serem feitas coletas
de volumes para as medidas das diversas características, também foi observado como
ocorrem os processos de floculação, flotação, deposição de materiais, formação de escuma,
formação das bolhas e variação de cor.
5.5 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS REALIZADOS
A principio, o planejamento experimental foi baseado na realização dos diferentes ensaios a
partir da combinação entre as seguintes variáveis de pesquisa: tipos de efluentes (4);
corrente elétrica (4); sistemas de eletrodos (5); e pH (2). Os diferentes efluentes a serem
analisados foram: efluentes do decantador primário, do decantador secundário, do
tratamento terciário e do reator UASB. As correntes elétricas escolhidas foram 5, 10, 15 e
20 A. Os sistemas de eletrodos utilizados por 60 minutos foram: eletrodos de grafite
(sistema G); eletrodos de ferro (sistema Fe); eletrodos de ferro por 20 minutos e
posteriormente de grafite até 60 minutos (sistema Fe/G); eletrodos de alumínio (sistema
Al); e eletrodos de alumínio por 20 minutos trocados por eletrodos de grafite até completar
60 minutos (sistema Al/G).
A combinação entre essas variáveis para obtenção do número correto de ensaios, com o
objetivo de analisar todas as combinações possíveis, é dada pela multiplicação entre as
quantidades de cada variável, sendo 4 x 4 x 5 x 2, o que daria 160 ensaios a serem
realizados. Sendo realizados 2 ensaios por dia, seriam 80 dias de trabalho. Porém esse
valor, 160 ensaios, pode ser diminuído, quando se descobre que não há influencia direta
entre todas as variáveis de pesquisa. Dessa forma, para adequar o estudo destas variações e
diminuir o número de ensaios, foi analisada a variação dos valores obtidos durante os
ensaios, para determinação se era ou não necessário realizar tais ensaios.
Foram realizados alguns ensaios com valores de corrente elétrica de 7,5 A, pois as
diferentes condutividades iniciais de cada efluente, somadas a adição de sal, levaram a
valores de corrente elétrica maior do que 7,5 e menores do que 10 A.
57
As características medidas nos efluentes estão mostradas na Tabela 5.3. Os métodos foram
selecionados através do Standard Methods (APHA, AWWA, e WEF, 1995) e do manual do
equipamento utilizado (HACH, 1998), que apresenta os procedimentos experimentais para
todos os métodos colorimétricos utilizados, com exceção para a medida de ferro, tendo sido
utilizado o método da orto-fenantrolina, recomendado pelo Standard Methods (APHA,
AWWA, e WEF, 1995).
Para as medidas de temperatura, pH e condutividade, os volumes foram coletados em todos
os tempos escolhidos para amostragem. Para a análise do COT, foram coletados volumes
nos tempos 0, 10, 20, 40 e 60 minutos.
As medidas de ferro e alumínio, por meio dos métodos colorimétricos, nos efluentes
tratados com o uso de eletrodos reativos, foram realizadas com o objetivo de se avaliar
quanto da massa do metal dos eletrodos, perdido no processo, ficou dissolvida em solução,
para a definição das melhores condições do tratamento eletrolítico. As medidas foram feitas
em cada dia de ensaio realizado, para verificar o desgaste dos eletrodos reativos. As duas
medidas foram comparadas para avaliar a eficiência da remoção do material em solução
pelos processos de coagulação, floculação e flotação eletrolítica. Como resultado, pode-se
obter o tempo ideal de permanência do eletrodo reativo em solução, ou a corrente elétrica
ideal.
Os Coliformes Fecais foram analisados pelo método dos Tubos Múltiplos, tendo sido
usados 3 tubos para cada uma das 5 diluições dos efluentes. Para os efluentes no tempo
zero, foi necessário diluir a amostra a ser analisada, em até 10
7
quando os efluentes
apresentavam valores de 10
9
, que foram os maiores valores apresentados. Nas amostras
tratadas, obtidas a 20 e 60 minutos, não foi necessário haver diluição na maior parte das
vezes. Algumas vezes, ocorreu de os resultados serem maiores do que o esperado, devido à
diluição não ter sido adequada.
Foram realizados alguns ensaios com variações de pH, tendo sido aumentado o pH do
efluente a ser tratado para 9, com adição de solução de NaOH 1 mol/L, para testar algumas
influências nas remoções no tratamento eletrolítico. Conforme Vlyssides et al. (2002),
utilizando eletrodos inertes, trabalhando com vários valores de pH, encontraram que, com o
pH 9, foram obtidos mais rapidamente, em torno de 2 h, as maiores remoções de DQO, de
58
89%, no tratamento de esgoto doméstico. Quando aumentado o pH, a quantidade de sal
adicionada foi menor, pois, a solução já estava com a condutividade aumentada, pela adição
de NaOH(aq). Porém, em trabalhos como o de Chen et al. (2000), não houve influência da
variação do pH na eficiência do tratamento eletrolítico.
Tabela 5.3 – Análises realizadas nos volumes coletados nos ensaios eletrolíticos
Características Método Equipamento
COT Combustão e
Infravermelho
Analisador de COT
(5000-A SHIMADZU)
Coliformes Fecais Tubos múltiplos Estufa de cultura
( Fanen – modelo 002 –CB)
Cloreto Tiocianato de mercúrio Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
Alumínio Cianina Eriocromo R Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
Ferro Fenantrolina Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
Cloro Residual
(Residual livre e Total)
DPD (N,N–dietil–
p-fenilenodiamino)
Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
Orto-fosfato Molibdovanadato Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
Nitrogênio Amoniacal Nessler Espectrofotômetro (HACH/DR/2010)
PH Potenciometria Phmetro 330i –WTW
Condutividade Eletrometria Condutivímetro – Sprite
Cor Comparação visual Tubos de Nessler com soluções de
K
2
PtCl
6
e CoCl
2
Turbidez Nefelometria Turbidímetro (HACH – 2100AN)
Sólidos Sedimentáveis Volumétrico Cone Imhoff
As medidas de cloreto e de amônia não foram realizadas em todos os ensaios, pois com o
passar dos ensaios foi verificado que não estava havendo remoção significativa desses
parâmetros. Quanto às concentrações de cloreto, se verificou não haver variação entre os
valores iniciais e finais, enquanto que para a amônia, não foi verificada boa eficiência de
remoção quanto ao tratamento utilizando os diferentes sistemas de eletrodos utilizados.
De início, foram medidos os valores da cor verdadeira e turbidez, das amostras após a
filtração com algodão, porém estas medidas foram descartadas, pois os valores medidos não
representariam o comportamento real dos efluentes após o tratamento. O procedimento
adotado foi a coleta de amostras e a leitura da cor verdadeira e da turbidez, assim como de
ferro e alumínio, após as amostras coletadas ficarem por pelo menos 1 hora decantando,
para simular um decantador posterior ao reator eletrolítico. Dessa forma, somente foram
realizados 16 ensaios com essa finalidade, sendo 2 para cada efluente.
59
Devido a problemas ocorridos no equipamento de medida de COT, somente foram feitas
leituras desse parâmetro em menor quantidade de ensaios, devido ao período em que o
problema foi resolvido, que foi após o planejado para a execução dos ensaios. Dessa forma,
poucos testes foram realizados com a combinação de eletrodos alumínio e grafite (sistema
Fe, Fe/G, Al e Al/G), nos efluentes primários e UASB, e em um ensaio com o efluente
secundário.
60
6 – RESULTADOS E ANÁLISES
Este capítulo foi dividido em 3 partes distintas do processo de tratamento eletrolítico, sendo
a primeira, sobre a utilização somente de eletrodos de grafite, a segunda sobre os eletrodos
de ferro, e a terceira sobre os eletrodos de alumínio. Cada item está dividido em subitens,
relacionados com as características analisadas durante os ensaios eletrolíticos.
6.1 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE GRAFITE
Neste subitem foram analisados os resultados dos parâmetros e das variáveis de pesquisa,
em relação ao uso somente dos eletrodos de grafite por 60 minutos.
6.1.1 – pH, amônia e cloro residual livre e total
Devido às características próprias do eletrodo de grafite, em relação à produção de cloro
durante seu uso, e sua influência direta na variação do pH, os parâmetros pH e cloro
(residual livre e total) foram analisados de forma conjunta.
Na Figura 6.1, são mostrados ensaios realizados com efluentes do decantador primário. Os
valores de pH dos ensaios (1) a (4) mostram maior variação do pH quando presentes
maiores valores de concentrações de sal dissolvidas, que foram, 2, 4, 5 e 5 g/L,
respectivamente. Conseqüentemente, são apresentados maiores valores de corrente elétrica,
pois são valores diretamente proporcionais. O aumento inicial dos valores de pH pode ser
explicado pela formação do cloro gasoso (Cl
2
), conforme mostram as meias-reações de
oxidação do íon cloreto, reação (6.1), e de redução, reação (6.2), que, quando somadas,
formam a reação global de óxido-redução, dada pela reação (6.3). Outras reações
relacionadas com esse processo eletrolítico são as reações (6.4) e (6.5).
2Cl
-
(aq) Æ Cl
2
(g)+ 2e- (6.1)
2H
2
O + 2e- Æ H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (6.2)
61
2Cl
-
(aq) + 2H
2
O(l) Æ Cl
2
(g) + H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (6.3)
Cl
2
(g) + OH
-
(aq) Æ OCl
-
(aq) + Cl
-
(aq) + H
+
(aq) (6.4)
Também pode ocorrer a reação (6.5), na qual o H
2
(g) nos anodos se oxida, levando à
diminuição do pH do meio (Stoner e Cahen, 1982).
H
2
(g) Æ 2H
+
(aq) + 2e- (6.5)
Quando se inicia o consumo do cloro, Cl
2
(g), ocorre o abaixamento do pH. Pelos resultados
obtidos, conforme a Figura 6.1, ao final do tratamento a diminuição do pH foi maior
quando aplicados maiores valores de corrente elétrica, e proporcional à quantidade de cloro
formada, conforme a Tabela 6.1.
Pela Tabela 6.1 é constatado, como esperado, que os valores produzidos de cloro livre e
total aumentam quando são aplicados maiores valores de corrente elétrica, e também com o
aumento da concentração de sal dissolvido. Nessa tabela, os ensaios (2) e (3), nos quais se
variou somente a corrente elétrica, manteve-se o mesmo valor de sal dissolvido, 5 g/L,
mostram a influência direta do aumento corrente elétrica, tendo como resultado o aumento
da concentração de cloro livre e total, conforme mostra a Tabela 6.1.
A observação visual dos ensaios mostra que foi produzido gás somente nos anodos, sendo o
gás H
2
, que se eleva pela solução, levando a eletroflotação dos flocos formados e formando
escuma. A formação do gás cloro é comprovada pelo odor característico sentido durante os
ensaios, assim como pelas medidas de cloro total e residual livre, conforme mostra a Tabela
6.1. Não foi constatada produção de gás O
2
nos anodos.
Pela Tabela 6.2 pode ser visto que há diminuição na concentração de amônia no efluente
tratado eletroliticamente. Essa variação está relacionada com o processo de formação das
cloraminas, representado pela reação (6.6), onde a amônia e o íon hipoclorito reagem.
Dessa forma, o produto, que é a cloramina, faz com que essa variação na concentração da
amônia não possa ser considerada somente como remoção, pois as cloraminas com o tempo
se decompõem, liberando novamente a amônia. Conforme Poon e Brueckner (1975), a
presença de cloraminas levam a valores insignificantes de remoção de nitrogênio, assim
como a formação do gás N
2
, mostrada pela reação (4.1).
HOCl(aq) + NH
3
(aq) Æ NH
2
Cl(aq) + H
2
O(l) (6.6)
62
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
0204060
Tempo (min)
pH
(1) 10 A
(2) 20 A
(3) 23 A
(4) 24 A
Figura 6.1- Tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando
eletrodos de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Tabela 6.1 - Concentração de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no
tratamento eletrolítico por 60 minutos, com eletrodos de grafite nos efluentes dos
decantadores primários.
(1) 10 A (2) 20 A (3) 23 A (4) 24 A Corrente
elétrica (A) /
Tempo (min)
Cl L Cl T Cl L Cl T Cl L Cl T Cl T Cl L
0 0,01 0,01 0,00 0,01 0,03 0,04 0,02 0,04
20 0,08 1,46 0,37 4,80 0,85 4,60 0,50 13,75
60 0,27 2,80 0,38 7,40 0,42 8,68 2,50 21,75
A formação de cloraminas foi comprovada pela presença de cloro residual total em todos os
ensaios apresentados na Tabela 6.1, com valores maiores do que o cloro residual livre.
Tabela 6.2 – Concentração (C) de amônia e sua variação (V), em %, no tratamento
eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes do decantador primário.
(1) 10 A (2) 20 A (3) 23 A (4) 24 A
Corrente elétrica
(A) / Tempo
(min)
C V C V C V C V
0 42,8 42,8 40,5 35,4
20 NM NM NM NM NM NM 26,4 25,4
60 40,5 5,3 29,0 32,2 21,0 48,1 20,0 43,4
NM – não medido
63
Para os efluentes do decantador secundário, do tratamento terciário e do reator UASB
foram realizados alguns ensaios, cujos resultados mostram as relações entre a variação do
pH com o tempo, descritas na Figura 6.2. A diminuição do pH em todos os ensaios de (1) a
(4), com exceção do ensaio (3), ao final do tratamento eletrolítico, foi menor do que as
mostradas na Figura 6.1, pois foram realizados ensaios, (3) e (4), com corrente 23 e 24 A,
respectivamente.
O ensaio (3), da Figura 6.2, realizada com pH alterado para 9, foi o que apresentou maior
diminuição no pH. Neste ensaio, a alta concentração de hidroxila na presença do cloro
formado faz com que a reação (6.4), de consumo do cloro, ocorra mais rapidamente do que
nos ensaios em que o pH não foi alterado, liberando como resultado o íon H
+
, e abaixando o
pH do meio.
Nos ensaios apresentados na Figura 6.2, em relação à variação das concentrações de
amônia, mostrada na Tabela 6.4, o comportamento foi semelhante ao apresentado pelos
ensaios mostrados na Figura 6.1, onde a variação nas concentrações estava relacionada,
principalmente, com a formação das cloraminas. A diferença nesse caso, é que, devido às
concentrações de amônia serem mais baixas, ocorreram maiores variações nas
concentrações, chegando à concentração zero de amônia no tempo 60 min, como no ensaio
(4), da Tabela 6.4.
6
7
8
9
10
0 102030405060
tempo (min)
pH
(1) 2o e 10 A
(2) 2o e 20 A
(3) 2o, 10 A e
pH9
(4) UASB e
7,5 A
(5) 3o e 7,5 A
Figura 6.2 – Tratamento eletrolítico com eletrodos de grafite, aplicado em efluentes de
decantador secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e de reatores UASB, com
corrente elétrica em ampère (A).
64
Tabela 6.3 - Concentração de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no
tratamento eletrolítico de efluentes secundários (2
o
) e terciários (3
o
), por 60 minutos, com
eletrodos de grafite nos efluentes dos decantadores primários, com corrente elétrica em
ampère (A).
(1)2
o
e 10 A (2) 2
o
e 20 A (3) 2
o
, 10 A e
pH 9
(4) 3
o
e 7,5 A
(5)UASB
e 7,5 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
Cl-L Cl-T Cl-L Cl-T Cl-L Cl-T Cl-L Cl-T Cl-L Cl-T
0 0,01 0,03 0,02 0,02 ,001 0,04 0,01 0,03 0,00 0,03
20 0,12 1,39 0,58 5,20 0,77 3,5 2,5 5,00 0,04 0,57
60 0,21 2,40 10,6 35,0 1,00 3,4 13,6 16,2 0,20 1,49
A Tabela 6.4 mostra que a diminuição da concentração de amônia, nos ensaios realizados, é
maior nos efluentes secundários do que nos efluentes primários, conforme mostra a Tabela
6.2, estando inversamente relacionada com a concentração de amônia presente. Também
pode ser constatado que a diminuição na concentração de amônia é proporcional a corrente
aplicada, comparando nas Tabelas 6.2 e 6.4, os ensaios (1) e (2) de cada uma.
Tabela 6.4 – Variação (V) da concentração (C) de amônia, em mg/L de N, no processo
eletrolítico com utilização somente de eletrodos de eletrodos de grafite, para efluentes do
decantador secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), com corrente elétrica em ampère
(A).
(1) 2
o
e 10 A (2) 2
o
e 20 A (3) 2
o
, 10 A
e pH 9
(4) 3
o
e 10 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C V C V C V C V
0 0,69 2,75 4,75 0,90
20 NM NM NM NM 4,70 1,1 0,29 67,8
60 0,43 37,7 0,10 96,4 3,15 33,7 0,00 100
NM – não medido
6.1.2 - Fósforo
Neste trabalho foram medidas as concentrações de fósforo total e de orto-fosfato, com
resultados de eficiência de remoção bastante similares, sendo a eficiência de remoção para
o orto-fosfato ligeiramente superior ao obtido na remoção de fósforo total. Como foram
feitas medidas de orto-fosfato em um número maior de ensaios do que as medidas de
fósforo total, foram analisadas nesse item somente as remoções do orto-fosfato.
Nas Tabelas 6.5 e 6.6, o maior valor de remoção de orto-fosfato ocorreu quando aplicado
20 A. Por esses resultados pode ser visto que o principal mecanismo de remoção desse
65
parâmetro não está relacionado com a utilização de eletrodos de grafite no tratamento
eletrolítico.
Os resultados obtidos contrastam com o obtido por Poon e Brueckner (1975), que
utilizaram eletrodos de grafite como anodos e de ferro como catodos, tendo obtido remoção
de até 85,6 % para orto-fosfato, tratando efluentes domésticos e utilizando água do mar
como eletrólito, com corrente elétrica aplicada entre 4,5 e 6 A. Conforme mostraram os
resultados da presente pesquisa, um dos motivos de terem obtido tais resultados pode ter
sido o fato de ter havido desgaste dos catodos de Fe, assim como ocorrido nesse trabalho,
conforme discussão dos resultados dos ensaios que utilizaram eletrodos de ferro, o que leva
a coagulação e floculação eletrolítica.
Tabela 6.5 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, com o uso somente
de eletrodo de grafite no tratamento eletrolítico, nos efluentes do decantador primário, com
corrente elétrica em ampère (A).
(1) 23 A
(2) 24 A
(3)10 A
(4)20 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R
0 56,0 47,4 53,4 53,4
20 NM NM NM NM 47,2 11,6 48,9 8,4
60 39,2 30,0 43,6 8,02 40,0 25,1 43,4 18,7
NM – não medido
Tabela 6.6 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, com o uso somente
de eletrodo de grafite no tratamento eletrolítico, nos efluentes do decantador secundário
(2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com corrente elétrica em ampère (A).
(1)2
o
e
10 A
(2)2
o
e 20 A
(3) 2
o
, 10 A
e pH 9
(4)3
o
e
7,5 A
(5) UASB
e 15 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R C R
0 1,55 8,80 35,0 0,22 66,6
20 NM NM 7,45 15,4 29,6 15,3 0,18 18,1 58,2 12,6
60 1,53 1,3 7,08 38,9 21,4 19,5 0,17 22,7 55,8 16,2
NM – não medido
6.1.3 – Massa dos eletrodos de grafite
A Figura 6.3 mostra as variações nas massas dos eletrodos de grafite em decorrência dos
ensaios eletrolíticos. Tais variações não estão associadas com possíveis perdas de massa,
pois o grafite, além de ser inerte, é um material frágil que exige cuidados na sua
66
manipulação, para evitar quebra das placas. Além dos ensaios analisados neste item 6.1, na
maior parte dos ensaios eletrolíticos realizados durante este trabalho os eletrodos de grafite
foram utilizados durante 40 minutos, após os 20 minutos iniciais em que foram realizados
ensaios utilizando os eletrodos reativos de ferro ou de alumínio. Os valores das massas de
cada eletrodo, medidas antes dos ensaios, estão apresentada nas Tabelas A.1 a A.6 no
Apêndice A.
Pode ser notado visualmente nos eletrodos quando secos, certa absorção do sal pelos
eletrodos de grafite, assim como de água, havendo aumento de sua massa, o que pode ser
comprovado não só pelas pesagens, como pela cor esbranquiçada dos eletrodos, na sua
parte externa, quando secos.
17
17,5
18
18,5
19
0 102030405060
número de ensaios eletrolíticos
massa
(kg)
Figura 6.3 - Variação da massa em quilograma (kg) dos eletrodos de grafite nos ensaios
eletrolíticos.
Nos primeiros ensaios foi notada na escuma uma cor acinzentada, havendo na sua
superfície grande quantidade de pequenas partículas pretas. Com a seqüência dos ensaios
houve diminuição dessa perda, pela constatação visual. Tal perda não causou perda de
massa considerável, comprovada pela Figura 6.3, nas pesagens.
Os eletrodos de grafite utilizados têm em média, cada um, massa próxima a 3 kg. As
variações notadas na soma das massas dos 6 eletrodos de grafite utilizados durante os
ensaios eletrolíticos foram devido à umidade e a absorção de sal pelos eletrodos, pois,
67
muitas vezes, de um dia para o outro, o prazo em que ocorriam os ensaios, os eletrodos não
haviam secado totalmente.
6.1.4 – COT (Carbono Orgânico Total)
A remoção da matéria orgânica foi avaliada pela variação na concentração de carbono na
medida do carbono orgânico total (COT), quando aplicadas correntes de 10 e 20 A, nos
ensaios (1) e (2), respectivamente. A Figura 6.4 e a Tabela 6.7 mostram que houve pequena
remoção do carbono no tratamento eletrolítico, utilizando somente eletrodos de grafite,
mesmo quando há aumento na corrente.
Pelos resultados mostrados na Figura 6.4 e nas Tabelas 6.7, tendo sido obtido baixos
valores de eficiência de remoção de COT, se constata que o mecanismo de remoção que
atua quando utilizados somente os eletrodos de grafite têm fraca influência na diminuição
da carga orgânica dissolvida.
Tabela 6.7 - Porcentagem de remoção do carbono dissolvido, medido por COT, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de grafite.
Corrente elétrica (A) /
Tempo (min)
(1) 10 A (2) 20 A
10 1,28 2,55
20 1,09 3,10
30 1,82 3,23
40 5,78 3,23
60 6,32 5,00
68
50
52,5
55
57,5
60
0 102030405060
Tempo (min)
COT
(mg/L)
(1) 10 A
(2) 20 A
Figura 6.4 – Variação da concentração de carbono dissolvido, no tratamento eletrolítico de
efluentes do decantador primário, pela medida de Carbono Orgânico Total (COT),
utilizando eletrodos de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
6.2 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE FERRO
Nesse item estão analisados os resultados dos ensaios realizados com a utilização de
eletrodos de ferro, que ocorreram em duas situações, utilizando somente eletrodos de ferro
por 60 minutos, e quando após 20 minutos estes foram trocados por eletrodos de grafite,
sistema “Fe” e o sistema “Fe/G”, respectivamente.
6.2.1 –Amônia e cloro
Neste subitem foram analisadas as concentrações de amônia, pelas Tabelas 6.8 a 6.11 e a de
cloro (total e residual livre), pelas Tabelas 6.12 a 6.15. O cloro foi produzido quando
utilizado o sistema Fe/G, durante o uso dos eletrodos de grafite, de acordo com a reação
(6.3).
Pelas Tabelas 6.8, 6.10 e 6.11, pode ser verificado que, quando o tratamento acontece
somente com o uso de eletrodos reativos de ferro, ocorre remoção de amônia, via
coagulação e floculação eletrolítica, enquanto que, quando utilizados eletrodos de grafite,
69
conforme analisado no subitem 6.1.1, a produção de cloro leva à formação das cloraminas,
que diminuem a concentração de amônia livre em solução, não sendo porém considerada
como remoção.
Analisando os resultados obtidos para os efluentes primários, na Tabela 6.8, secundários, na
Tabela 6.10 e efluentes terciários e UASB, na Tabela 6.11, pode ser constatado que não
houve relação direta entre o aumento da corrente elétrica e a variação da concentração de
amônia. Tal fato está relacionado com a baixa remoção de amônia ocorrida neste
procedimento, via eletrocoagulação e eletroflotação, assim como os diferentes valores
iniciais de concentração de amônia, e as diferenças nas concentrações de cloro produzidas,
conforme as Tabelas 6.9, 6.12 e 6.13.
Tabela 6.8 – Concentração (C) de amônia e sua variação (V) com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de ferro
(Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas em ampères (A).
(1)Fe/G e
5 A
(2)Fe/G e
10 A
(3)Fe/G e
15 A
(4)Fe e
10 A
Condições
do ensaio
/ Tempo (min)
C V C V C V C V
0 42,0 53,0 38,1 38,0
20 35,8 14,9 42,2 20,8 35,1 7,9 34,1 10,3
60 35,5 15,5 34,1 35,8 31,0 18,4 31,3 17,8
Tabela 6.9 – Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
decantador primário, ao final do tratamento eletrolítico em 60 minutos, utilizando os
eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica
em ampères (A).
Corrente elétrica em
ampère (A)
5 A 10 A 15 A 20 A
Cloro Livre 0,15 0,24 2,76 0,19
Cloro Total 2,9 6,8 6,08 4,48
As Tabelas 6.10 e 6.11 apresentam resultados da variação da concentração da amônia, em
relação aos efluentes secundários e terciários, respectivamente. Comparando os resultados
entre os efluentes primários, na Tabela 6.8, secundários, na Tabela 6.10 e terciários, na
Tabela 6.11, se constata que, quando são utilizados somente os eletrodos de ferro, a
variação na concentração de amônia pode ser chamada de remoção, via coagulação e
floculação eletrolítica e via formação de sais insolúveis, conforme Poon e Brueckner
(1971). Quando são utilizados os eletrodos de grafite, ocorrem 3 possibilidades na variação
da concentração da amônia: primeiro, pela continuação da coagulação e floculação, devido
70
à presença de ferro em solução; segundo, pela formação de sais insolúveis; e terceiro, pela
formação do cloro residual combinado, as cloraminas. Neste último caso, é sabido que as
cloraminas se decompõem e retornam com a amônia à solução, não podendo essa
possibilidade ser chamada de remoção.
Pelas Tabelas 6.8, 6.10 e 6.11, na remoção de amônia obtido no tratamento, sem o uso dos
eletrodos de grafite, em relação aos efluentes primários, secundários e terciários, a maior
eficiência obtida foi 28,6 %, para o efluente secundário, ensaio (4), Tabela 6.10. Os valores
obtidos de remoção de amônia foram menores dos que os obtidos por Poon e Brueckner
(1971) de 67,5 a 100 %, utilizando o par de eletrodos de ferro e grafite, como catodo e
anodo, respectivamente, no tratamento de efluentes domiciliares. Provavelmente, pelo fato
de Poon e Brueckner (1971) terem utilizado a mistura com água do mar, tenha sido
utilizada maior concentração de cloreto, e conseqüentemente, tenha sido produzida maior
concentração de cloro, e sendo formada maior concentração de cloro residual combinado.
Tabela 6.10 – Concentração de amônia e sua variação com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador secundário, utilizando eletrodos de ferro
(Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas em ampères (A).
(1)Fe/G
e 5 A
(2)Fe/G
e 10 A
(3)Fe/G
e 15 A
(4)Fe
e 5 A
(5)Fe e
20 A
Condições
do ensaio
/ Tempo (min)
C V C V C V C V C V
0 1,12 1,06 1,08 0,70 2,05
20 NM NM 0,96 11,1 1,03 4,65 0,58 17,1 2,00 2,5
60 0,65 42,0 0,55 49,1 0 100,0 0,20 28,6 1,55 25,0
NM- não medido
Tabela 6.11 – Concentração de amônia e sua variação com o tempo, em mg/L-N, no
tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento terciário (3
o
) e do reator Uasb, utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas em ampères
(A).
(1)3
o
, Fe
e 15 A
(2)3
o
, Fe
e 20 A
(3)3
o
, Fe/G
e 10 A
(4)UASB,
Fe/G e 10 A
Condições
do ensaio
/ Tempo (min)
C V C V C V C V
0 0,75 1,89 1,21 90
20 0,62 18,3 1,85 2,1 NM NM 90 0,0
60 0,63 16,7 1,52 19,6 0,11 90,9 89 1,1
NM – não medido
71
Tabela 6.12 – Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
decantador secundário, ao final do tratamento eletrolítico em 60 minutos, utilizando os
eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica
em ampères (A).
Corrente elétrica (A) (1) 5 A (2) 7,5 A (3) 10 A (4) 15 A
Cloro Livre 0,98 1,36 4,92 4,6
Cloro Total 2,36 4,01 6,71 11,4
Tabela 6.13 – Concentração de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do
tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, ao final do tratamento eletrolítico em 60
minutos, utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite (G),
com corrente elétrica em ampères (A).
Corrente elétrica (A) (1)3
o
e
5 A
(2)3
o
e
7,5 A
(3)3
o
e
10 A
(4)UASB
e 10 A
(5)UASB
e 20 A
Cloro Livre 0,29 14,45 21,85 0,27 0,24
Cloro Total 0,92 21,6 28,6 3,8 9,5
6.2.2 – pH
A Figura 6.5 mostra a variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico realizado
com efluentes do decantador secundário e do tratamento terciário, na presença somente de
eletrodos reativos de ferro. Com exceção do ensaio (5), onde foi aplicado 2 A, todos os
outros ensaios, (1) a (4), com correntes de 15, 10, 20 e 15 A, respectivamente, apresentaram
expressivo aumento inicial nos valores de pH, mantendo posteriormente os valores
atingidos, com pequena variação até o tempo final do tratamento eletrolítico.
O aumento inicial de pH pode ser explicado pelas meias-reações de oxidação, representado
pelas reações (6.7), (6.8) e (6.9), e de redução, representada pela reação (6.10),
respectivamente, que, somadas, dão a reação global de oxi-redução, representadas pelas
reações (6.11) e (6.12).
2H
2
O Æ 4e- + O
2
(g) + 4H
+
(aq) (6.7)
Fe(s) Æ Fe
3+
(aq) + 3e- (6.8)
Fe(s) Æ Fe
2+
(aq) + 2e- (6.9)
2H
2
O + 2e- Æ H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (6.10)
2H
2
O Æ 2H
2
(g) + O
2
(g) (6.11)
A soma das reações (6.8) e (6.10) forma a seguinte reação completa:
2Fe(s) + 6H
2
O Æ 2Fe
3+
(aq) + 3H
2
(g) + 6OH
-
(aq) (6.12)
72
Enquanto que a soma das reações (6.9) e (6.10) forma outra reação completa:
2H
2
O + Fe(s) Æ Fe
2+
(aq) + H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (6.13)
6
7
8
9
10
11
12
0 204060
Tempo
pH
(1) 2o e 15 A
(2) 2o e 10 A
(3) 2o e 20 A
(4) 3o, 15 A e
pH9
(5) 3o, 2 A e
sem sal
(6) 3o e 15 A
Figura 6.5 – Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador secundário (2º) e do tratamento terciário (3º), utilizando somente eletrodos de
ferro em diferentes corrente elétricas (A).
As reações (6.7) e (6.10) são comprovadas pela produção de gases nos catodos, H
2
(g), e nos
anodos, O
2
(g), sendo que nos anodos o volume de bolhas produzido é visualmente menor
do que a quantidade de gás produzido nos catodos, o que fica comprovado pela reação
(6.11), pois o volume do gás H
2
produzido é no mínimo, maior que o dobro do gás O
2
,
conforme pode ser observado pela reação (6.11), pela proporção dos produtos da reação.
Tal fato decorre da competição entre a reação (6.7) com as reações (6.8) e (6.9),
demonstrada pelo fato de o pH final estar aumentando.
Caso estivesse ocorrendo somente a oxidação, na reação (6.7), formando o gás O
2
e não as
reações (6.8) e (6.9), com a formação de íons ferroso e férrico, respectivamente, não
haveria variação do pH, pois a reação completa de oxi-redução, representada pela reação
(6.11) não leva à variação no pH. Caso estivessem ocorrendo somente as reações de
oxidação (6.8) e (6.9), não haveria formação de bolhas nos anodos, e a reação completa de
oxi-redução seria a representada pela reação (6.12).
73
Conforme pode ser visto em todos os ensaios da Figura 6.5, com exceção do ensaio (5),
todas atingem um pH máximo próximo a 11, mesmo quando o pH inicial foi modificado
para 9, no ensaio (4). Comportamento que deve estar relacionado com a formação dos
hidróxidos de ferro, e a competição entre os dois hidróxidos. Foi observado nos
experimentos que primeiro é formado o hidróxido de ferro (II), de cor branca, e
posteriormente e em menor quantidade, o hidróxido de ferro (III), de cor castanha,
precipitando depois, conforme a Figura 6.6.
No ensaio (5) da Figura 6.5 houve menor variação de pH no tratamento eletrolítico,
comprovado pela menor formação de bolhas, tanto nos catodos, quanto nos anodos. Esse
comportamento é o esperado de acordo com as leis da eletrólise, pois, pela menor corrente
aplicada, ocorrerá menor formação de íons de ferro (II e III) em solução, assim como menor
produção de hidroxila. Porém, com o decorrer do tempo, ocorrerá o aumento da
concentração de íons de ferro no meio, levando ao aumento lento no pH, de acordo com as
reações (6.8) e (6.9).
A foto na Figura 6.6 apresenta amostras coletadas durante o tratamento eletrolítico de
efluentes primários que utilizaram eletrodos de ferro (à esquerda) e de alumínio (à direita),
por 60 minutos. A indicação de que os íons de ferro (II) e (III) estão sendo produzidos, é a
produção dos precipitados branco e castanho escuro, que representam os hidróxidos
Fe(OH)
2
e Fe(OH)
3
, respectivamente, na Figura 6.6. Dessa forma, se comprova que
ocorrem as reações de oxidação das placas de ferro, para a formação dos íons Fe
2+
e Fe
3+
.
Sendo que a formação do Fe
2+
ocorre em maior proporção, devido à quantidade de
precipitado branco formado. Uma parte do íon Fe
3+
continua em solução, dando a cor
amarelada à solução final tratada.
Nos ensaios das Figuras 6.5 e 6.7 não ocorre abaixamento de pH, de forma contrária ao
ocorrido quando foram utilizados eletrodos de grafite, pois com o uso dos eletrodos reativos
de ferro não há formação de cloro livre ou total no meio, e conseqüentemente, não há
formação do íon hipoclorito que, quando reage, produz o íon H
+
, diminuindo o pH.
A Figura 6.7 mostra a variação dos valores de pH nos ensaios eletrolíticos com o uso
somente de eletrodos de ferro, em efluentes do decantador primário e do reator UASB. Os
ensaios da Figura 6.7 apresentam uma tendência de aumento do pH, assim como ocorrido
74
nos ensaios mostrados na Figura 6.5. Porém o aumento de pH, nesses ensaios, ocorreu de
forma mais lenta, estando relacionado com os tipos de efluentes tratados, pois tanto os
efluentes primários quanto os do reator UASB são efluentes que contém maiores
quantidades de substâncias presentes, tais como, matéria orgânica, nutrientes e
microorganismos, que reagem com a hidroxila formada, diminuindo sua concentração final
em solução, e levando a um menor pH final, quando comparado com os efluentes
secundários e terciários.
Na Figura 6.7, o pH final foi maior quando foram aplicados maiores valores de corrente
elétrica, conforme os ensaios (1) e (2) para os efluentes primários e (3) e (4) para os
efluentes UASB. Comparando os diferentes tipos de efluentes, se observa que no efluente
do decantador primário há maior aumento de pH do que nos ensaios realizados com
efluentes do reator UASB, quando aplicadas condições próximas. Conclui-se que a
condição de anaerobiose do efluente do reator UASB deve levar a um maior consumo da
hidroxila produzida no processo eletrolítico, devido às substâncias características desse tipo
de efluente, assim como a presença de amônia, sulfeto, fósforo, matéria orgânica, que em
conseqüência, levem ao aumento mais lento do pH, quando comparadas mesmas condições
para os efluentes primários.
Figura 6.6 – Foto dos cones Imhofs com amostras coletadas do tratamento eletrolítico, por
60 minutos, somente com eletrodos reativos, sendo à esquerda efluentes tratados com
eletrodos de ferro e à direita com eletrodos de alumínio.
75
6
7
8
9
10
11
0 204060
Tempo (min)
pH
(1) 1o e 10 A
(2) 1o e 15 A
(3) UASB e 10 A
(4) UASB e 20 A
Figura 6.7 –Análise da variação do pH com o tempo no tratamento eletrolítico de efluentes
do decantador primário (1º) e do reator UASB, utilizando somente eletrodos de Ferro, com
corrente elétrica em ampère (A).
As Figuras 6.8 e 6.9 apresentam os resultados do tratamento eletrolítico com o uso dos
eletrodos combinados de ferro e grafite no tratamento eletrolítico, quando tratados efluentes
do decantador primário, do decantador secundário, do tratamento terciário e do reator
UASB. Em todos os casos foram utilizados nos primeiros 20 minutos os eletrodos de ferro,
sendo trocados pelos eletrodos de grafite até completar 60 minutos de tratamento
eletrolítico.
Comparando os resultados obtidos na Figuras 6.8 e 6.9, se observa que, em relação aos
efluentes secundários e terciários a variação foi maior tanto quando utilizado o eletrodo
reativo de ferro, quando utilizado o eletrodo inerte de grafite, em relação ao comportamento
dos efluentes primários e UASB. Esta diferença no comportamento se deve às
características dos efluentes, pois enquanto os efluentes secundários e terciários apresentam
menor carga de poluentes, o pH muda conforme as reações apresentadas, de acordo com o
processo eletrolítico. Para os efluentes primários e UASB, que apresentam maior carga de
poluentes, outras substâncias estarão presentes no meio, para reagir com a hidroxila e com
o cloro formado, diminuindo potencialmente seu efeito em relação às mudanças de pH.
76
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 102030405060
Tempo (min)
pH
(1) 2o e 7,5 A
(2) 2o e 15 A
(3) 3o e 5 A
(4) 3o e 10 A
(5) 2o, 15 A e
pH 9
Figura 6.8 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), utilizando os eletrodos Ferro e Grafite.
6
7
8
9
10
11
0 102030405060
Tempo (min)
pH
(1) UASB e 10 A
(2) 1o e 10 A
(3) UASB e 20 A
(4) 1o e 20 A
(5) UASB, 10 A e
pH9
(6) 1o, 20 A e pH9
Figura 6.9 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário
e do reator UASB, utilizando os eletrodos Ferro e Grafite em seqüência.
6.2.3 – Cor e turbidez
As Figuras 6.10 e 6.11 mostram a variação da turbidez dos efluentes primários,
secundários, terciários e UASB no tratamento eletrolítico, utilizando o sistema Fe/G.
Todos os efluentes estudados apresentam aumento da turbidez na primeira parte do
77
tratamento, quando utilizados eletrodos de ferro, e diminuição da turbidez na segunda parte
do tratamento, quando utilizados eletrodos de grafite. O aumento inicial da turbidez está
relacionado com a adição dos íons de Fe(II) e Fe(III), que, no processo de coagulação e
floculação eletrolítica, levam à produção dos flocos, aumentando a turbidez. Na segunda
etapa não há produção de íons de ferro, mas continua ocorrendo a eletrólise da água,
produzindo os gases O
2
e H
2
, os íons de ferro dissolvidos continuam formando os flocos,
que são flotados e eliminados do meio, levando à diminuição dos valores da turbidez.
As Tabelas 6.14 e 6.15, os resultados mostraram valores positivos de remoção de
turbidez, com aumento da corrente elétrica de 5 para 10 ampère de 36,5 e 69,1 %, nos
efluentes do reator UASB, e 73,6 e 83,5 %, nos efluentes do decantador primário. Nos
efluentes com menores valores iniciais de turbidez, os efluentes secundários e terciários,
conforme a Figura 6.10, os valores finais da turbidez foram maiores do que os valores
iniciais, causada pela adição de íons de ferro ao meio.
0
50
100
150
200
250
0204060
Tempo (min)
Turbidez (UT)
(1) UASB e 5 A
(2) 1o e 5 A
(3) 1o e 10 A
(4) UASB e 10 A
Figura 6.10 - Variação da turbidez no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e posteriormente de
grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
78
0
100
200
300
400
500
600
700
0 204060
Tempo (min)
Turbidez (UT)
(1) 3o e 10 A
(2) 2o e 10 A
(3) 2o e 5 A
(4) 3o e 5 A
Figura 6.11 - Variação da turbidez no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário e do tratamento terciário, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite em seqüência.
Tabela 6.14 – Remoção, em %, da turbidez no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador primário (1º) e do reator UASB, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)UASB
e 10 A
(2)UASB
e 5 A
(3)1
o
e 10 A
(4)1
o
e 5 A
10 -72,9 -191,8 -41,3 -119,7
20 43,1 -194,4 -53,4 -123,4
30 44,1 -19,9 69,2 39,3
40 44,9 8,2 67,4 49,0
60 69,1 36,5 82,5 73,6
Tabela 6.15 – Remoção, em %, da turbidez no tratamento eletrolítico de efluente
secundário (2
o
) e terciário (3
o
), com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)2
o
e 10 A
(2)2
o
e 5 A
(3)3
o
e 5 A
(4)3
o
e 10 A
10 -228,3 -35035,1 -1235,2 -2151,6
20 -434,8 -34494,6 -993,4 -2358,1
30 -113,8 -618,9 -713,2 -377,4
40 -24,6 -856,8 -542,9 -436,8
60 20,3 -586,5 -680,2 -347,1
Os valores da variação da cor no tratamento eletrolítico, utilizando o sistema “Fe/G”, estão
mostrados nas Figuras 6.11 e 6.12.
79
0
100
200
300
400
500
600
0204060
Tempo (min)
Cor
(1) UASB e
10 A
(2) 1o e 10
A
(3) UASB e
5 A
(4) 1o e 5 A
Figura 6.12 - Variação da cor no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e posteriormente de
grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
0
100
200
300
400
500
600
0204060
Tempo (min)
Cor
(1) 3o e
15 A
(2) 2o e
15 A
(3) 2o e
5 A
(4) 3o e
5 A
Figura 6.13 - Variação da cor no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário e do tratamento terciário, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite em seqüência.
Na Figura 6.12, com os efluentes primários e UASB, e Figura 6.13, com os efluentes
secundários e terciários, pode ser observado que, ao final do tratamento eletrolítico, os
valores da cor dos efluentes tratados são maiores dos que os valores iniciais.
Para todos os 4 tipos de efluentes estudados nas Figuras 6.12 e 6.13, se constata que não há
remoção de cor, e pelo contrário, o uso dos eletrodos de ferro, na maior parte das vezes,
dentro das condições de trabalho, aumenta a cor inicial do efluente, tanto para os efluentes
80
com maiores valores iniciais de cor, os efluentes primários e UASB, assim como para os
efluentes secundários e terciários, que apresentam menores valores iniciais de cor.
A Figura 6.14 mostra nos dois cones Imhof, efluentes primários tratados com 10 A, nos
sistemas Fe/G e Al/G. Pode ser observada a cor característica dos efluentes tratados
utilizando eletrodos de ferro, cone à direita, e de alumínio, cone à esquerda, que
visualmente apresentam cor final praticamente ausente. Comparando com a Figura 6.6,
pode ser analisado que não há diferença significativa em relação à cor final, porém a
quantidade de sólidos formados quando utilizados os sistemas Fe/G e Al/G é praticamente
nula, pois durante os 40 minutos finais cessa a adição de íons de ferro ou de alumínio e o
gás produzido força as partículas presentes a flotarem.
Figura 6.14 – Foto dos Cones Imhoff, de amostras coletadas com tratamento eletrolítico
com eletrodos reativos de alumínio (à esquerda) e de ferro (à direita), utilizando eletrodos
de grafite após o uso dos eletrodos de ferro e alumínio.
81
6.2.4 - Fósforo
As Tabelas 6.16 a 6.19 apresentam respectivamente os resultados da remoção de orto-
fosfato dos efluentes UASB, primários, secundários e terciários, respectivamente.
Os efluentes de reator UASB e primário, Tabelas 6.16 e 6.17, respectivamente, são os que
apresentam maiores concentrações de orto-fosfato, assim como os maiores valores de
remoção, em relação aos efluentes secundários e terciários.
Comparando na Tabela 6.16, os resultados obtidos no tratamento eletrolítico de efluentes
UASB, se constata aumento na eficiência de remoção de orto-fosfato de 5 até 15 A, com
pequena diminuição na porcentagem de remoção com 20 A, que pode estar relacionado
com o aumento na produção dos gases e dessa forma na recirculação interna, que pode
levar à quebra dos flocos formados que já tinham flotado.
Tabela 6.16 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e
grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1) Fe/G
e 5 A
(2)Fe/G
e 10 A
(3) Fe/G
e 15 A
(4) Fe/G
e 20 A
(5)Fe
e 10 A
(6) Fe
e 20 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R C R C R
0 66,8 179 33,8 36,7 78,3 32,6
20 62,8 5,99 29,4 83,6 2,95 91,3 1,65 95,5 2,93 96,3 0,85 97,4
60 12,6 81,1 23,7 86,7 0,60 98,2 0,82 97,8 0,83 98,9 0,17 99,5
Os resultados do tratamento em efluentes primários, conforme a Tabela 6.17, mostraram
eficiência de remoção de orto-fosfato acima de 98%, com exceção do ensaio (1), no
sistema Fe e 5 A, com eficiência de 95%. Os maiores valores de remoção foram obtidos
nos ensaios (4) e (6), que apresentaram os maiores valores iniciais de concentração de orto-
fosfato.
Tabela 6.17 – Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário (1
o
), utilizando eletrodos de
ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1) Fe e
5 A
(2) Fe e
10 A
(3) Fe/G
20 A
(4) Fe/G
e 10 A
(5) Fe/G
e 15 A
(6) Fe/G
e 20 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R C R C R
0 65,4 64,4 47,4 154 43,8 130
20 9,42 85,6 3,37 94,8 2,26 95,2 0,16 99,9 1,01 97,7 4,67 96,4
60 3,08 95,3 0,81 98,7 0,50 98,9 0,22 99,8 0,68 98,5 0,76 99,4
82
A remoção de orto-fosfato nos efluentes secundários e terciários tem seus resultados
apresentados nas Tabelas 6.18 e 6.19, respectivamente. Em ordem crescente de remoção,
os resultados se apresentam da seguinte forma: efluentes do decantador primário, do reator
UASB, do decantador secundário e do tratamento terciário, conforme análise das Tabelas
6.16 a 6.19, considerando os ensaios com condições idênticas de trabalho.
Com os resultados obtidos se constata que ocorrem maiores eficiências na remoção do
orto-fosfato quando os efluentes apresentam maiores concentrações, tanto aos 20 quanto
aos 60 minutos.
Tabela 6.18 - Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P,
no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador secundário (2
o
), utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1) Fe/G
e 7,5 A
(2) Fe/G
e 10 A
(3) Fe/G
15 A
(4) Fe
e 15 A
(5) Fe
e 20 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R C R
0 3,7 5,0 3,1 15,4 1,80
20 1,61 56,5 1,05 79,0 1,21 61,0 0,35 97,7 0,24 86,7
60 0,26 93,0 0,34 93,2 0,14 95,5 0,23 98,5 0,05 97,2
Os efluentes terciários apresentam, de acordo com a Tabela 6.19, menores eficiências
de remoção do orto-fosfato, mas com comportamento similar ao do tratamento dos
efluentes secundários, segundo a Tabela 6.18, pois diferentemente dos efluentes
primários e do reator UASB, há grande diferença entre os valores obtidos de remoção,
entre 20 e 60 minutos. Enquanto que, nos efluentes primários e de reator UASB, com
20 minutos se atingem valores de eficiência de remoção próximos aos finais, com o
terciário ocorre comportamento similar ao apresentado pelo efluente secundário.
Tabela 6.19 - Remoção (R), em %, da concentração (C) de orto-fosfato, em mg/L de P,
no tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento terciário (3
o
), utilizando eletrodos
de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1) Fe/G
e 5 A
(2) Fe/G
e 10 A
(3) Fe/G
e 20 A
(4)Fe/G
e 15 A
(5) Fe
e 15 A
(6) Fe
e 20 A
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
C R C R C R C R C R C R
0 0,69 0,60 3,4 0,90 1,00 0,32
20 0,25 63,8 0,28 53,3 0,13 96,2 0,36 60,0 0,40 60,0 0,07 78,1
60 0,14 79,7 0,16 73,3 0,20 94,1 0,27 70,0 0,28 72,0 0,05 84,4
83
6.2.4 - COT
A remoção de matéria orgânica foi medida através da remoção de COT, em ensaios
realizados com efluentes de reatores UASB, primários e secundários, utilizando os
sistemas Fe e principalmente o sistema Fe/G. A Figura 6.15, assim como a Tabela 6.20
apresentam os resultados relacionados com os efluentes primários, que mostram maior
variação de COT quando utilizados os eletrodos reativos de ferro. Na segunda parte do
tratamento, quando utilizados os eletrodos de grafite, continua a remoção, porém com
menor velocidade (remoção pelo tempo).
Deve ser observado pela Figura 6.15 que os ensaios foram aplicados em efluentes com
concentrações diferentes de COT. Quando se comparam os ensaios (1) e (3), com as
concentrações dos efluentes iniciais de COT com valores próximos entre si, houve
maior remoção com 5 A do que com 20 A, fato que pode estar relacionado com a
possibilidade de quebra dos flocos pela maior recirculação interna quando há maior
produção de gás, nas maiores correntes elétricas.
0
20
40
60
80
100
0 204060
Tempo (min)
COT
(mg/L)
(1) 5 A
(2) 10 A
(3) 20 A
(4) 20 A e
pH9
Figura 6.15 – Variação da concentração de Carbono Orgânico Total (COT), no
tratamento eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de ferro
e grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
84
Tabela 6.20 – Remoção, em %, do Carbono Orgânico Total (COT), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário (1
o
), utilizando eletrodos de ferro e de
grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Corrente elétrica (A)
/ Tempo (min)
(1) 5 A (2) 10 A (3) 20 A (4) 20 A
e pH9
10 24,17 43,61 33,20 39,70
20 44,70 52,40 38,52 43,05
30 49,04 55,89 40,57 43,55
40 51,65 60,18 40,37 44,47
60 58,96 69,36 43,85 49,34
A Figura 6.16 mostra a variação da concentração de COT, nos ensaios realizados com
efluentes do reator UASB e em um ensaio com o efluente do decantador secundário. Nos
ensaios (1) e (2) com corrente elétrica, 10 e 20 A, respectivamente, não foi mostrada
diferença considerável, quanto aos valores de remoção de carbono, até o termino da
primeira etapa de tratamento, conforme a Tabela 6.21.
Nos ensaios (3) e (4) da Figura 6.15, com efluentes primários e (2), (4) e (5) da Figura
6.16, com efluentes UASB e secundários, em que foram aplicadas corrente elétrica de 20
A, foram apresentados resultados com menores eficiência de remoção do que os ensaios
com 10 A. Acredita-se que o fato de não estar ocorrendo o aumento esperado na remoção
de COT com o aumento da corrente elétrica esteja relacionado com o fato de ocorrer, nos
ensaios com corrente de 20 A, maior recirculação interna da solução, quebrando os flocos
produzidos e, dessa forma, levando à menor remoção, tanto em relação às concentrações de
COT, quanto em relação às concentrações de fósforo.
Nas Figuras 6.15 e 6.16, quando utilizados os eletrodos de grafite dos 20 aos 60 minutos,
foi mantida uma trajetória de queda dos valores de COT, porém, com menor intensidade do
que a ocorrida na primeira etapa, o que pode ser confirmado pelas Tabelas 6.14 a 6.16.
Os resultados mostraram que ocorre remoção de matéria orgânica no tratamento
eletrolítico, porém o tempo de utilização dos eletrodos reativos no tratamento não se
mostrou adequado para que houvesse maiores valores de remoção, seguindo a tendência
mostrada nos primeiros 20 minutos. Pode ser visto que, após a mudança de eletrodos, a
eficiência na remoção de COT cai consideravelmente, em todos os casos, mesmo
continuando a haver remoção, devido à presença dos íons do metal adicionado nos
primeiros 20 minutos.
85
0
20
40
60
80
100
0 102030405060
Tempo (min)
COT
(mg/L)
(1) UASB,
Fe/G e 10 A
(2) UASB,
Fe/G e 20 A
(3)UASB,
Fe/G, 10 A e
pH9
(4) UASB, Fe
e 20 A
(5) 2o, Fe e
20 A
Figura 6.16 – Variação da concentração de Carbono Orgânico Total (COT) no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador secundário (2
o
), utilizando
eletrodos de ferro e grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Tabela 6.21 – Remoção, em %, do Carbono Orgânico Total (COT), no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador secundário (2
o
), utilizando
eletrodos de ferro e grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
(1)UASB,
Fe/G e 10 A
(2)UASB,
Fe/G e 20 A
(3)UASB,
Fe/G, 20 A
e pH9
(4)UASB, Fe
e 20 A
(5)2
o
, Fe
e 20 A
10 20,06 31,28 20,95 39,46 26,4
20 54,19 51,21 36,83 40,13 33,6
30 60,78 50,40 34,92 54,52 32,8
40 65,77 51,52 35,56 58,53 41,6
60 75,85 51,92 39,05 59,53 47,2
Pelos resultados obtidos pela Figura 6.15, constata-se que o fator principal da remoção da
matéria orgânica está relacionado com a coagulação e floculação eletrolítica, devido à
presença dos íons de ferro. Na segunda etapa do tratamento, continua ocorrendo
coagulação e floculação eletrolítica, pois há em solução íons de ferro, conforme foi
mostrado pelas Figuras 6.12 e 6.13, devido ao aumento da cor.
6.2.5 – Coliformes Totais
As Tabelas 6.22 a 6.25 mostram os resultados obtidos da remoção de Coliformes Totais,
para os efluentes primários, secundários, terciários e UASB, respectivamente, medidos
86
pelo método padrão dos tubos múltiplos. Foram escolhidos os tempos de 20 e 60 minutos
do tratamento, para a análise de NMP (número mais provável) de Coliformes Totais, pois
estão relacionados com o final de cada etapa do tratamento eletrolítico, quando usados os
sistemas Fe e Fe/G.
A Tabela 6.26 mostra os valores produzidos de cloro nos ensaios apresentado nas Tabelas
6.22 a 6.25, em que foi utilizado o sistema Fe/G, pois, quando foram utilizados somente os
eletrodos de ferro, não se observou produção de cloro. Esses valores são importantes,
devido à reconhecida capacidade desinfetante do cloro.
Pelas Tabelas 6.22 a 6.25, somente em alguns ensaios não houve remoção completa, o que
ocorreu nos efluentes primários e principalmente nos efluentes do reator UASB. Os
efluentes UASB normalmente apresentaram maiores valores de NMP, assim como maiores
concentrações de vários poluentes, como amônia, fósforo e matéria orgânica, que tendem a
reagir com o cloro ou com outros oxidantes formados no tratamento eletrolítico.
Tabela 6.22 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento primário, utilizando eletrodos de ferro e de grafite,
com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) Fe/G
e 5 A
(2) Fe/G
e 15 A
(3)Fe/G
e 20 A
(4)Fe
e 10 A
(5)Fe
e 20 A
0 NMP 4,3 x 10
8
2,4 x 10
8
1,1 x 10
9
2,4 x 10
8
1,1 x 10
8
NMP 2,4 x 10
5
2,4 x 10
5
0 0 0 20
R 99,94 99,9 100 100 100
NMP 430 0 0 0 0 60
R 99,9999 100 100 100 100
NMP –número mais provável
Nos efluentes secundários e terciários, mostrados nas Tabelas 6.23 e 6.24, se constata
maior remoção de NMP, em relação aos efluentes primários e UASB, mostrados nas
Tabelas 6.22 e 6.25, devido às características próprias dos efluentes secundários e
terciários, de já terem passado por outras etapas no tratamento biológico e mostrarem
menor carga poluente, assim como menores valores de NMP, facilitando com que os
mecanismos próprios da desinfecção eletrolítica, dentre eles a cloração, atuarem somente
na remoção dos Coliformes.
87
Tabela 6.23 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento secundário, utilizando eletrodos de ferro e de grafite,
com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) Fe/G
e 7,5 A
(2)Fe/G e
10 A
(3)Fe/G
e 20 A
(4)Fe/G
pH9
e 15 A
(5)Fe e
20 A
0 NMP 4,0 x 10
6
4,3 x 10
6
4,6 x 10
8
4,6 x 10
8
1,1 x 10
7
NMP 2100 4600 0 2,4 x 10
5
0 20
R 99,95 99,89 100 99,95 100
NMP 0 0 0 0 0 60
R 100 100 100 100 100
NMP –número mais provável
Tabela 6.24 – Remoção (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento terciário, utilizando eletrodos de ferro e de grafite,
com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) Fe/G
e 5 A
(2)Fe/G
e 7,5 A
(3)Fe/G
e 10 A
(4)Fe/G, pH9
e 15 A
(5)Fe e
20 A
0 NMP 2,4 x 10
7
1,1 x 10
7
2,4 x 10
7
2,4 x 10
7
1,1 x 10
4
NMP 1,1 x 10
4
0 4600 0 0 20
R 99,95 100 99,98 100 100
NMP 0 0 0 0 0 60
R 100 100 100 100 100
NMP –número mais provável
Na Tabela 6.25, no tratamento eletrolítico para efluentes do reator UASB, somente houve
remoção completa no ensaio (4), com 15 A no sistema Fe/G. Nesse tipo de efluente, o
processo de desinfecção pela ação das substâncias produzidas pelo tratamento eletrolítico
ocorre de forma mais lenta, comparando com os outros efluentes com NMP com valores
próximos, conforme mostrado nas Tabelas 6.22 a 6.24. Para que se obtenham maiores
valores de remoção para os efluentes do reator UASB, observa-se que deverão ser
aplicados maiores valores de corrente elétrica, assim como maior concentração de sal, para
que haja maior capacidade desinfetante nesse efluente, principalmente quando utilizados os
eletrodos de grafite.
88
Tabela 6.25 – Remoção de Coliformes Totais, em NMP, pelo tratamento eletrolítico de
efluentes de efluentes com tratamento UASB, utilizando eletrodos de ferro e de grafite,
com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)Fe
e 15 A
(2)Fe
e 20 A
(3) Fe/G
e 7,5 A
(4) Fe/G
e 15 A
0 NMP 4,6 x 10
9
9,3 x 10
7
1,1 x 10
9
2,4 x 10
9
NMP 1,1 x 10
5
2,4 x 10
4
2,4 x 10
5
2,4 x 10
6
20
R 99,998 99,97 99,98 99,9
NMP 210 1100 1100 0 60
R 99,999995 99,99988 99,9999 100
NMP –número mais provável
Tabela 6.26 – Concentrações de Cloro Total (Cl T) e Cloro Livre (Cl L), em mg/L de
Cl, obtidas no tratamento eletrolítico, com corrente elétrica em ampère (A).
(1)Fe/G
e 20 A
(2)Fe/G
e 15 A
(3) Fe/G
e 10 A
(4) Fe/G
e 7,5 A
(5) Fe/G
e 5 A
Condição
do ensaio
/ Efluente
Cl T Cl L Cl T Cl L Cl T Cl L Cl T Cl L Cl T Cl L
Primário 4,48 0,10 7,45 0,55 7,0 1,55 0,28 0,22 0,44 0,24
Secundário nm nm nm nm 6,70 4,92 2,0 0,36 3,96 0,98
Terciário 7,0 3,25 4,20 0,79 8,7 5,7 5,55 1,50 0,22 nm
UASB 8,6 1,24 3,60 0,85 0,65 0,02 0,27 0,09 3,88 0,82
nm – não medido
Nas Tabelas 6.22 a 6.25 pode ser observado que o uso do sistema Fe e Fe/G, em relação à
desinfecção, mostraram eficiência maior que 99,9 %, quando aplicada a menor corrente
elétrica, de 5 A, dentre todas as condições de trabalho, nos 4 tipos de efluentes tratados
eletroliticamente, com exceção do efluente UASB, que teve a menor corrente elétrica
aplicada de 7,5 A.
Analisando, nas Tabelas 6.22 a 6.25 os resultados obtidos aos 20 minutos de tratamento,
nos ensaios com mesmos valores de corrente, tanto no sistema Fe, quanto no sistema Fe/G,
pois até esse tempo, as condições de trabalho são semelhantes, se observa que não foi
mostrada repetibilidade nos valores de remoção de Coliformes Totais. Comportamento que
pode ser explicado pela diferença entre o NMP nas amostras, as diferentes concentrações
de outros poluentes presentes, assim como o fato de a produção de cloro não ter se
mostrado diretamente proporcional à corrente aplicada, conforme a Tabela 6.26.
Foram realizados poucos ensaios com pH 9, não podendo ser feitas comparações entre a
eficiência desses ensaios com a dos ensaios em condições similares nos mesmos tipos de
efluentes.
89
6.2.6 –Desgaste dos eletrodos
As variações das massas dos eletrodos estão mostradas nas Tabelas 6.27 a 6.30, em relação
aos efluentes UASB, primários, secundários e terciários. Cada um dos eletrodos utilizados
tem massa próxima a 1500 g. Os valores em quantidade de matéria foram colocados para
futura comparação com os valores de alumínio liberados pelo tratamento eletrolítico, para
facilitar a comparação em termos de mol, que significa quantidade de átomos, pois as
massas molares são diferentes entre ferro e alumínio, sendo respectivamente 55,9 e 27,0
g/mol. As massas dos eletrodos de ferro, medidas em todos os ensaios, estão apresentadas
no Apêndice B, nas Tabelas B.1 a B.6.
Pode ser observado, com o auxílio das Tabelas 6.27 a 6.30, que as variações das massas
dos eletrodos não mostraram coerência com as Leis da Eletrólise, conforme seria esperado,
que seria o aumento da perda de massa com o aumento do tempo e aumento da corrente
elétrica aplicada nos ensaios, em todos os tipos de efluentes, de forma diretamente
proporcional. Nestas tabelas estão uma parte dos dados de massas dos eletrodos,
representando as variações em relação as condições dos ensaios, tais como o efluente, a
corrente elétrica, o sistema de eletrodos e o pH.
Tabela 6.27 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do reator UASB, por 60 minutos, utilizando eletrodos de ferro
(Fe) e de grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do
ensaio
(1)Fe
e 20 A
(2)Fe/G
e 7,5 A
(3)Fe/G,
10 A e
pH 9
(4)Fe/G
e 10 A
(5)Fe/G,
15 A
(6)Fe/G,
20 A
Massa de Ferro (g) 49 2 10 2 16 9
Quantidade de
matéria (10
-3
.mol)
878 35,8 179 35,8 287 161
Tabela 6.28 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e de
grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio (1)Fe/G e
10 A
(2)Fe/G, 10 A
pH 9
(3)Fe e
10 A
(4)Fe, 15 A
e pH 9
(5)Fe
e 15 A
Massa de Ferro (g) 27 1 15 94 6
Quantidade de
matéria (10
-3
.mol)
484 17,9 269 1,69 108
90
Tabela 6.29 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador secundário, utilizando eletrodos de ferro e de
grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições
do ensaio
(1)Fe/G
e 10 A
(2)Fe/G
e 15 A
(3)Fe
e 20 A
(4)Fe e
5 A
(5)Fe
e 10 A
(6)Fe e
15 A
(7)Fe e
20 A
Massa de Fe (g) 14 15 35 10 72 36 27
Quantidade de
matéria (10
-3
mol)
251 269 627 179 1290 645 484
Tabela 6.30 – Variação da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g) no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador terciário, utilizando eletrodos de ferro e de
grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições
do ensaio
(1)Fe/G e
5 A
(2)Fe/G e
10 A
(3)Fe, 15 A
e pH9
(4)Fe e
20 A
Massa de Fe (g) 25 7 28 53
Quantidade de
matéria (10
-3
.mol)
448 125 502 950
Pela Tabela 6.31, se constata que houve perda de massa tanto nos catodos quanto nos
anodos, sendo que o esperado seria que houvesse perda de massa somente nos anodos, e
que nos catodos pudesse haver aumento de massa, devido à oxidação de íons presentes,
formando o ferro depositado como Fe(s) nas placas. Também ocorreu, como no ensaio (6),
aumento das massas dos eletrodos, 1, 5 e 6, sendo exceção ao comportamento geral dos
eletrodos no tratamento eletrolítico, dentro das condições de trabalho aplicadas.
Tabela 6.31 – Massa, em gramas, dos eletrodos de ferro utilizados no tratamento
eletrolítico de efluentes UASB, primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), com
eletrodos de ferro e de grafite.
Condições
do ensaio /
Eletrodos
(1) 1
o
, Fe
e 5 A
(2) 3
o
, Fe,
20 A
(3) 3
o
,
Fe
e 15 A
(4) 2
o
,
Fe/G
e 15 A
(5) 3
o
,
Fe/G
e 5 A
(6)UASB,
Fe/G
e 10 A
Eletrodo 1 1643,7 1633 1625 1608 1606 1607
Eletrodo 2 1640,5 1629 1620 1578 1575 1574
Eletrodo 3 1625,9 1605 1592 1560 1578 1561
Eletrodo 4 1657,6 1647 1642 1588 1584 1583
Eletrodo 5 1618,5 1593 1586 1547 1545 1546
Eletrodo 6 1629,8 1627 1616 1592 1588 1590
Soma das massas
dos eletrodos (g) 9816,0 9734 9681 9473 9476 9461
Quantidade de
matéria (mol x 10
-3
) 82 53 28 15 25 10
91
A Tabela 6.32 mostra resultados de concentração de ferro, medidos em ensaios com os
efluentes UASB, primários, secundários e terciários, sendo que as amostras foram
coletadas e deixadas decantar por uma hora. A tendência no tratamento eletrolítico foi de
aumento na concentração do ferro dissolvido, até os 20 minutos, com o uso dos eletrodos
de ferro, e posteriormente, no sistema Fe/G, a diminuição na concentração do ferro, como
nos ensaios (3) ao (6). Porém os ensaios (2) e (7) mostram que nem sempre a concentração
final é baixa, como nos ensaios (3) a (6). A medida da concentração de ferro, conforme
constatação visual, é problemática, pois diferentemente do comportamento do alumínio,
após o tempo de “descanso” das amostras, ainda continuam sendo formados flocos, quer
dizer, ainda continua o processo de coagulação e floculação.
Tabela 6.32 – Concentração do ferro dissolvido, mg/L, no tratamento eletrolítico de
efluentes UASB, primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), utilizando eletrodos de
ferro e de grafite, com corrente elétrica medida em ampère (A).
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
(1)1
o
, Fe
e 10 A
(2) 1
o
,
Fe/G
e 5 A
(3)1
o
,
Fe/G
e 10 A
(4)1
o
,
Fe/G
e 20 A
(5)UASB,
Fe/G e
10 A
(6)2
o
,
Fe/G e
7,5 A
(7)3
o
,
Fe/G
e 7,5 A
0 0,08 0,021 0,09 0,28 0,156 0,100 0,059
10 9,34 0,641 1,95 6,31 2,76 1,29 1,55
20 10,0 2,41 1,55 8,40 6,49 2,18 3,02
40 8,34 1,55 0,15 1,13 0,428 0,340 nm
60 15,26 1,48 0,06 0,174 0,208 0,052 2,70
nm – não medido
6.3 - ENSAIOS ELETROLÍTICOS COM ELETRODOS DE ALUMÍNIO
Neste item foram analisados como ocorrem as variações dos parâmetros analisados nos
ensaios, assim como de outras características próprias dos sistemas eletrolíticos, onde
foram utilizados eletrodos de alumínio, no sistema “Al” e no sistema “Al/G”, da mesma
forma que ocorreu com os eletrodos de ferro. A combinação dos eletrodos de alumínio, e
seus mecanismos de remoção estão representados pela Figura 4.6, sendo que nos ensaios
realizados nesse trabalho, além de ser produzido o gás hidrogênio (H
2
) nos catodos,
também foi produzido o gás oxigênio (O
2
) nos anodos, assim como ocorreu durante o uso
dos eletrodos de ferro.
92
6.3.1 – Amônia e cloro
As Tabelas 6.33 a 6.35, respectivamente, mostram a variação das concentrações da amônia
no tratamento eletrolítico para os efluentes primários, secundários e terciários. Da mesma
forma que ocorreu quando utilizados os eletrodos de ferro, somente houve produção de
cloro (residual livre e total) quando os eletrodos de alumínio foram substituídos pelos
eletrodos de grafite.
A Tabela 6.33 mostra nos ensaios (1) 3 A , e (2) 10 A, no sistema “Al”, assim como nos
ensaios (4) e (5), no sistema “Al/G”, que houve aumento na variação da concentração de
amônia. O comportamento registrado na presença dos eletrodos de alumínio foi semelhante
ao ocorrido quando utilizados os eletrodos de ferro, sendo considerado remoção somente
quando utilizados os eletrodos reativos de alumínio, pelos mecanismos de coagulação e
floculação eletrolítica. Quando utilizados os eletrodos de grafite, sendo formado o cloro,
ocorre a produção de cloraminas, que retém a amônia na forma de cloro residual
combinado. As variações nas concentrações de amônia são maiores nos efluentes
secundários e terciários, em relação aos efluentes de reatores UASB e primários, pois as
concentrações de amônia são menores nos efluentes secundários e terciários.
Tabela 6.33 – Concentração de amônia (C) e a variação da concentração (V), em mg/L N,
no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em efluentes primários, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1)Al
e 3 A
(2)Al
e 10 A
(3)Al, 10 A
e pH9
(4)Al/G
e 10 A
(5)Al/G,
10 A e Ph
9
(6)Al/G
e 20 A
Condições
do ensaio
/ Tempo
(min)
C V C V C V C V C V C V
0 42,5 48,0 39,1 83,8 56,3 55,5
20 42,5 0,0 47,0 2,08 38,7 1,02 40,8 51,3 50,0 11,1 50,0 11,0
60 42,5 0,0 38,0 20,8 38,6 1,28 37,5 55,2 46,9 16,8 39,5 28,8
93
Tabela 6.34 – Concentração (C) de amônia e a variação da concentração (V), em mg/L N,
no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em efluentes secundários, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1)Al/G e
7,5 A
(2) Al/G e
10 A
(3)Al/G,
7,5 A e
pH9
(4)Al e
7,5
A
(5)Al
e 10 A
(6)Al
e 20 A
Condições
do ensaio
/ Tempo
(min)
C V C V C V C V C V C V
0 2,75 1,08 4,75 1,62 2,05 4,9
20 2,05 25,5 1,00 7,40 4,60 3,16 1,46 9,88 1,90 7,32 3,1 36,7
60 0,55 80,0 0,02 98,2 2,28 10,9 1,42 12,4 1,55 24,4 2,8 57,1
Tabela 6.35 – Concentração (C) de amônia e a variação da concentração (V), em mg/L N,
no tratamento eletrolítico por 60 minutos, em efluentes terciários, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
(1)Al
e 2 A
(2)Al
e 7,5 A
(3)Al e
20 A
(4)Al/G
e 7,5 A
(5)Al/G,
7,5 A e
pH9
Condições
do ensaio
/ Tempo
(min)
C V C V C V C V C V
0 7,35 1,15 1,89 1,15 4,35
20 6,70 8,84 0,90 21,7 1,38 26,9 0,9 21,7 4,1 5,75
60 6,31 14,2 0,75 34,8 1,11 41,3 0,75 34,7 3,8 12,6
Os ensaios realizados com os efluentes primários, secundários e terciários, em que o pH foi
modificado para 9, mostraram menor remoção de amônia, sendo esses pares de ensaios
comparados, respectivamente, (2) e (3), (4) e (5) (primário) da Tabela 6.33, e (2) e (3)
(secundário) da Tabela 6.34 e (4) e (5) (terciário) da Tabela 6.35. Dentre esses ensaios,
somente o par (2) e (3) da Tabela 6.33 foi realizado no sistema “Al”, mas, analisando o
tempo de 20 minutos para os outros ensaios, em que o alumínio estava presente, somente o
par relacionado com o efluente terciário apresentou mesma remoção de amônia. Dessa
forma, tende-se a concluir que a modificação de pH leva à diminuição na eficiência de
remoção da amônia, via coagulação e floculação eletrolítica.
Por outro lado, os ensaios (3) da Tabela 6.36 e (3) e (6) da Tabela 6.37, realizados com pH
9, apresentaram menor concentração de cloro, por esse motivo, quando utilizados os
eletrodos de grafite, no sistema “Al/G”, ocorrerá menor formação de cloramina, e
conseqüentemente menor variação na concentração da amônia.
94
Tabela 6.36 – Concentração de cloro livre e cloro total, em (mg/L), no tratamento
eletrolítico por 60 minutos, de efluentes do decantador primário (1
o
) e do reator UASB,
quando utilizados eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente em ampère (A).
Condições
do ensaio
(1)
UASB e
7,5 A
(2)
UASB e
15 A
(3) UASB,
7,5 A e pH9
(4)1
o
e
5 A
(5) 1
o
,
10 A e
pH 9
(6) 1
o
e
10 A
Cloro livre 1,91 0,50 0,53 0,27 0,42 0,55
Cloro total 7,70 8,00 1,25 2,21 2,23 7,45
Tabela 6.37 – Concentração de cloro livre e cloro total (mg/L), no tratamento eletrolítico,
por 60 minutos, de efluentes do decantador secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
),
quando utilizados eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente em ampère (A).
Condições
do ensaio
(1) 2
o
e 15 A
(2) 2
o
e 7,5 A
(3)2
o
, 7,5 A e
pH9
(4)3
o
e
5 A
(5)3
o
,
7,5 A
(6) 3
o
,
7,5 A e
pH 9
Cloro livre 2,01 4,02 0,11 0,26 10,2 0,27
Cloro total 3,65 6,0 2,06 0,96 11,0 2,20
6.3.2 – pH
Na Figura 6.17 são mostrados os resultados dos ensaios relativos ao tratamento eletrolítico
de efluentes do decantador primário, quando usados somente eletrodos de alumínio. Pode
ser observado nos ensaios (1) a (3) que ocorre aumento no pH durante o tratamento
eletrolítico, porém com menor intensidade do que o ocorrido com os sistemas que
utilizaram eletrodos de ferro, que chegam a valores de pH maiores do que 11, conforme a
Figura 6.5. Na Figura 6.9, pode ser visto que os ensaios apresentaram valores de pH final
menores que 9, mas mantendo uma tendência de aumento de pH até o final do tratamento.
O aumento do pH está relacionado com um comportamento semelhante ao ocorrido
quando são utilizados eletrodos de Fe, conforme as reações de formação do íon de
alumínio e de formação dos gases O
2
, (6.13) e (6.14), respectivamente e H
2
, reação (6.15).
As reações de oxidação competem entre si, e, como conseqüência, além da reação
completa de oxi-redução da eletrólise da água, mostrada na reação (6.11), ocorre também a
reação de oxi-redução, a (6.16). Enquanto a reação (6.11) não leva ao aumento do pH, a
reação (6.16) tem como produto a hidroxila, fazendo com que haja aumento do pH durante
o tratamento eletrolítico, quando produzido o íon Al
3+
.
2Al(s) Æ 2Al
3+
(aq) + 3e- (6.13)
2H
2
O(l) Æ 4e- + O
2
(g) + 4H
+
(aq) (6.14)
2H
2
O(l) + 2e- Æ H
2
(g) + 2OH
-
(aq) (6.15)
95
2Al(s) + 6H
2
O(l) Æ 2Al
3+
(aq) + 3H
2
(g) + 6OH
-
(aq) (6.16)
De acordo com Jiang et al.(2002), no anodo também podem ocorrer as seguintes reações:
O
2
(g) + 2 H
2
O(l) + 4 e- Æ 4 OH
-
(aq) (6.17)
Al
3+
(aq) + 3 OH
-
(aq) Æ Al(OH)
3
(s) (6.18)
7
7,5
8
8,5
9
0 204060
Tempo (min)
pH
(1) 10A
(2) 4A
(3) 15 A
(4) 20 A e
pH 9
Figura 6.17– Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador primário utilizando somente eletrodos de alumínio, com corrente em ampère
(A).
Na Figura 6.17, houve maior do pH nos ensaios (1), (2) e (3) acompanhando o aumento da
corrente elétrica aplicada, analisando os valores de pH iniciais e finais. O ensaio (4) foi
realizado sem adição de sal.
Na Figura 6.18, que mostra ensaios realizados com efluentes secundários, terciários e
UASB, com eletrodos de alumínio somente, os valores de pH demonstram que também
tenderiam a continuar subindo, assim como o ocorrido na Figura 6.16. No ensaio (5), com
20 A no efluente UASB, o aumento de pH ocorre mais lentamente do que nos outros
ensaios, com corrente elétrica menores, conforme os ensaios (2), (3) e (4), devido às
características de alta carga poluente desse efluente. Somente o ensaio (1), com 2 A no
efluente terciário, apresentou crescimento mais lento do pH, devido à baixa corrente
elétrica, que levou a uma pequena produção de hidroxila.
96
6,5
7,5
8,5
9,5
0 102030405060
Tempo (min)
pH
(1) 3o, 2 A e
sem sal
(2) 2o e 20
A
(3) 3o e 20
A
(4) 2o e 5 A
(5) UASB e
20 A
Figura 6.18 - Variação do pH com o tempo, no tratamento eletrolítico de efluentes do
decantador secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, utilizando
somente eletrodos de alumínio, com corrente elétrica em ampère (A).
As Figuras 6.19 e 6.20 mostram os resultados dos ensaios realizados com a utilização da
combinação dos eletrodos de alumínio e grafite. Até os primeiros 20 minutos o
comportamento mostrado está de acordo com o esperado, havendo aumento, devido à
produção de hidroxila, conforme mostrado pelas Figuras 6.17 e 6.18, com o tratamento
feito somente com eletrodos de alumínio. Nos ensaios (3) e (4), que tiveram o pH
aumentado para 9, não houve variação considerável do pH durante o processo eletrolítico,
pois apesar de haver formação da hidroxila pelo processo eletrolítico, porém ocorre
também seu consumo, devido à formação do hidróxido de alumínio, de acordo com a
reação (6.18) e também pela formação do hipoclorito, conforme a reação (6.4).
Nas Figuras 6.19 e 6.20, após os 20 minutos, com o início da produção de cloro, devido à
utilização dos eletrodos de grafite, o pH tende a diminuir, conforme a reação (6.4) de
consumo do cloro, com exceção dos efluentes com valores de pH modificados para pH 9,
como ocorreu quando o tratamento foi feito somente na presença dos eletrodos de grafite,
conforme a Figura 6.1. O ensaio (5) com 20 A no efluente UASB, da Figura 6.19 mostrou
grande oscilação durante as duas etapas, porém, no todo, o comportamento final de cada
etapa, onde são utilizados os eletrodos reativos de alumínio e inertes de grafite, ocorreram
de forma semelhante ao dos outros ensaios com efluentes primários e UASB, com aumento
de pH até os 20 minutos, e diminuição até o final do tratamento eletrolítico. O valor de pH,
no ensaio (5), lido aos 40 minutos de tratamento se mostrou totalmente fora do esperado,
sem explicação razoável para o ocorrido.
97
6,5
7
7,5
8
8,5
9
0 102030405060
Tempo (min)
pH
(1)1o e 10 A
(2)1o e 7,5A
(3) 1o, 10A e
pH9
(4) Uasb, 10 A
e pH9
(5) Uasb e 20 A
Figura 6.19 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
primário (1
o
) e do reator UASB, utilizando os eletrodos alumínio por 20 minutos e grafite
por 40 minutos, em seqüência, com corrente elétrica medida em ampère (A).
Os ensaios (4) e (6) da Figura 6.20 apresentaram um comportamento comum entre os
ensaios realizados com o efluente terciário, pois, em alguns ensaios, houve aumento de pH
após a troca pelos eletrodos de grafite, enquanto em outros houve a diminuição, conforme
o esperado.
Como pode ser visto, nos Gráficos 6.19 e 6.20, todos os ensaios tendem a ter pH final
bastante próximo do pH inicial, tanto os ensaios com pH inicial em 9, quanto os não
modificados, com exceção de alguns ensaios do efluente terciário, como o ensaio (4) do
Gráfico 6.20.
6.3.3 – Cor e turbidez
Nas Figuras 6.21 e 6.22 são mostradas as variações da turbidez quando utilizado o sistema
“Al/G”. Diferentemente do comportamento mostrado nas Figuras 6.9 e 6.10, quando
utilizado o sistema “Fe/G”, a Figura 6.21 mostra resultados do tratamento com efluentes
primários e do reator UASB, que, com o início do tratamento, já apresentam diminuição
nos valores de turbidez, para todos os ensaios. A única exceção foi o ponto relativo ao
98
tempo de 20 minutos, no ensaio (3), com 10 A no efluente primário, que apresentou
aumento, com comportamento contrário ao apresentado pelos outros ensaios, porém, na
continuidade do tratamento, o resultado final repete o ocorrido com os ensaios (1), (2) e
(4).
6
7
8
9
10
0204060
Tempo (min)
pH
(1) 2o e 5 A
(2) 2o e 10 A
(3) 2o, 10 A e
pH 9
(4) 3o e 10 A
(5) 3o e 10 A
(6) 3o e 7,5 A
Figura 6.20 - Variação do pH no tratamento eletrolítico de efluentes do decantador
secundário (2
o
) e do tratamento terciário (3
o
), utilizando os eletrodos alumínio e grafite em
seqüência, e corrente elétrica em ampère (A).
0
20
40
60
80
100
0204060
Tempo (min)
Turbidez (UT)
(1) UASB e 7,5 A
(2) UASB e 5 A
(3) 1o e 10 A
(4) 1o e 5 A
Figura 6.21 - Variação dos valores de turbidez no tratamento eletrolítico aplicado em
efluentes do decantador primário e do reator UASB, utilizando os eletrodos alumínio e
grafite em seqüência.
99
Na Figura 6.21 foi mostrado que a remoção da turbidez ocorre nos primeiros 20 minutos
do tratamento, quando são utilizados somente eletrodos de alumínio. Com estes resultados,
para se obter remoção de turbidez dos efluentes primários e do reator UASB, não se
necessita do uso de eletrodo de alumínio por um período de tempo maior que 20 minutos.
Para os efluentes secundários e terciários, que normalmente apresentam baixos valores de
turbidez, conforme mostra a Figura 6.22, a turbidez tende a aumentar durante o tratamento
eletrolítico, no processo de eletrocoagulação e eletrofloculação. Os valores iniciais da
turbidez apresentados são próximos dos valores finais obtidos para o tratamento eletrolítico
para os efluentes primários e do reator UASB. Dessa forma, o tratamento eletrolítico, com
a função de remover turbidez, não se mostrou adequado para efluentes que apresentem
menores valores de turbidez, tais como os efluentes secundários e terciários.
A Tabela 6.38 mostra o percentual de remoção de turbidez, em relação aos efluentes
primários e UASB, enquanto a Tabela 6.39 retrata a eficiência de remoção para os
efluentes secundários e terciários. Como os valores finais de turbidez, obtidos no
tratamento eletrolítico, foram bastante próximos entre si, para os 4 diferentes efluentes, a
eficiência de remoção foi maior para os efluentes com maiores valores iniciais de turbidez,
que foram os efluentes UASB e primário.
0
4
8
12
16
20
0 204060
Tempo (min)
Turbidez (UT)
(1) 2o e 10 A
(2) 2o e 5 A
(3) 3o, 7,5 A
(4) 3o e 5 A
Figura 6.22 - Variação dos valores de turbidez no tratamento eletrolítico aplicado em
efluentes do decantador primário e do reator UASB, utilizando os eletrodos de alumínio e
grafite em seqüência.
100
Tabela 6.38 – Remoção de turbidez (em %) dos efluentes primários (1
o
) e do reator
UASB, no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, utilizando eletrodos de alumínio e
grafite em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) 1
o
e
7,5 A
(2) 1
o
e 5 A
(3)UASB
e 7,5 A
(4) UASB
e 5 A
10
68,2 90,5 74,3 39,0
20
33,3 89,2 95,3 92,3
60
90,0 90,7 97,8 94,6
A Tabela 6.39 mostra que houve aumento nos valores de turbidez nos dois efluentes
testados, os efluentes secundários e os terciários, pois os valores percentuais de remoção
foram negativos, com exceção do mostrado no ensaio (3), com 10 A no efluente terciário.
Com o aumento da corrente elétrica aplicada, pode ser observado que não houve aumento
na remoção da turbidez, conforme análise entre os ensaios (1) a (4), na Tabela 6.39.
Tabela 6.39 – Remoção de turbidez (em %) dos efluentes secundários (2
o
) e terciários (3
o
),
no tratamento eletrolítico utilizando eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G) em seqüência,
com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)2
o
e
10 A
(2)2
o
e 5 A
(3)3
o
e
10 A
(4)3
o
e 5 A
10 45,2 -16,2 -25,2 19,1
20 18,2 -22,2 14,8 0,6
60 -100,7 -127,0 48,4 -321,0
Nas Figuras 6.23 e 6.24, em todos os ensaios mostrados, ocorre diminuição dos valores de
cor nos efluentes tratados eletroliticamente, sendo que quando aplicado 10 A, nos ensaios
(1) e (2), nos efluentes UASB e primário, respectivamente, apesar de inicialmente terem
mostrado menor remoção, ao final do tratamento as maiores eficiências de remoção, 100
%, foram para estes ensaios, conforme a Tabela 6.40. Nos ensaios (1) e (2), destas tabelas,
onde foram aplicados 10 A, houve maior remoção de cor do meio, em todos os efluentes,
conforme mostram as Tabelas 6.40 e 6.41.
Pela Figura 6.23, de acordo com os resultados obtidos no tratamento do efluente UASB,
em relação à remoção de cor, para maior eficiência de remoção seria necessário utilizar ou
maior corrente, ou maior tempo de tratamento eletrolítico, pois os ensaios (1) com 10 A e
(3) com 5 A apresentam curvas que demonstram uma tendência de diminuição dos valores
de cor com o tempo e com o aumento da corrente aplicada.
101
Tabela 6.40 – Remoção de cor, em (%), no tratamento eletrolítico aplicado aos efluentes
primários e do reator UASB, quando utilizados eletrodos de alumínio e de grafite em
seqüência, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) UASB e
10 A
(2) 1
o
e
10 A
(3)UASB
e 5 A
(4) 1
o
e
5 A
10 10,0 42,9 44,4 70,0
20 30,0 57,1 44,4 70,0
30 40,0 71,4 44,4 70,0
40 60,0 85,7 44,4 70,0
60 85,0 100,0 55,6 80,0
0
20
40
60
80
100
0204060
Tempo (min)
Cor
(1) UASB e 10 A
(2) 1o e 10 A
(3) UASB e 5 A
(4) 1o e 5 A
Figura 6.23 - Variação dos valores de cor dos efluentes do decantador primário (1
o
) e do
reator UASB, no tratamento eletrolítico, quando utilizados eletrodos de alumínio e grafite
em seqüência.
102
0
10
20
30
40
0204060
Tempo (min)
Cor
(1) 3o e 10 A
(2) 2o e 10 A
(3) 2o e 5 A
(4) 3o e 5 A
Figura 6.24 – Remoção de cor de efluentes do decantador secundário e do tratamento
terciário, no tratamento eletrolítico utilizando eletrodos de alumínio e grafite em seqüência,
com corrente elétrica em ampère (A).
Tabela 6.41 – Remoção de cor, em %, no tratamento, por 60 minutos, no tratamento
eletrolítico aplicado aos efluentes secundários (2
o
) e terciários (3
o
), quando utilizados
eletrodos de alumínio e de grafite em seqüência, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1) 3
o
e 10 A
(2) 2
o
e 10 A
(3) 2
o
e 5 A
(4) 3
o
e 5 A
10 25,0 50,0 50,0 0,0
20 50,0 62,5 50,0 0,0
30 75,0 87,5 50,0 0,0
40 75,0 87,5 66,7 25,0
60 100,0 100,0 83,3 50,0
6.3.4 - Fósforo
As Tabelas 6.42 a 6.45, mostram respectivamente, como variaram as concentrações de
orto-fosfato, dos efluentes UASB, primário, secundário e terciário. Na Tabela 6.42, os
efluentes UASB apresentaram remoção de orto-fosfato acima de 97,5 %, aos 60 minutos
de tratamento.
103
Tabela 6.42 – Concentração (C) em mgl/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes UASB, com o
uso de eletrodos de alumínio e eletrodos de grafite em seqüência.
(1) 3 A (2) 5 A (3) 7,5 A (4) 10 A
Corrente
elétrica (A)/
Tempo (min)
C R C R C R C R
0 63,8 55,4 179 34,1
20 1,36 97,9 2,05 96,3 4,74 97,4 1,75 94,9
60 0,56 99,1 1,41 97,5 2,38 98,7 0,51 98,5
O comportamento do efluente primário, em relação a remoção de orto-fosfato, seguiram
comportamento similar ao ocorrido com o efluente UASB, sendo que com os menores
valores de corrente elétrica, 5 e 7,5 A, apresentando alta eficiência de remoção. A
diferença entre esses dois efluentes foi que, os efluentes primários apresentaram maior
remoção já aos 20 minutos do tratamento.
Tabela 6.43- Concentração (C) em mg/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes primários, com o
uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite (G).
(1) Al/G,
e 5 A
(2)Al/G e
7,5 A
(3)Al/G
e 10 A
(4)Al/G
e 20 A
(5) Al,
e 10 A
Condições
do ensaio
/ Tempo (min)
C R C R C R C R C R
0 22,2 132 37,2 56 53,8
20 0,12 99,5 1,11 99,2 0,06 99,8 0,10 99,8 0,07 99,9
60 0,1 99,6 0,38 99,7 0,06 99,8 0,12 99,8 0,05 99,9
Na Tabela 6.44 pode ser observado que, com baixos valores de corrente elétrica, se atinge
eficiência de remoção maior do que 99%, não sendo necessário o uso de altas correntes e
também exposição por 60 minutos. A Tabela 6.45 mostra que menores valores de remoção
podem ocorrer quando as concentrações iniciais de orto-fosfato são mais baixas, o que
ocorreu com os efluentes terciários, na maior parte dos ensaios realizados, com exceção do
ensaio (5), onde houve remoção de 100 %, enquanto todos os outros ensaios apresentaram
remoções menores do que as apresentadas na Tabelas 6.42 a 6.44.
104
Tabela 6.44- Concentração (C) em mgl/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes secundários, com
o uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite (G).
(1)2 A (2)10 A (3)15 A (4)10 A e pH 9 Corrente elétrica (A)
/ Tempo (min)
C R C R C R C R
0 3,71 1,80 5,0 0,45
20 0,17 95,4 0,05 97,2 0,10 98,0 0,06 86,7
60 0,14 96,2 0,05 97,2 0,12 97,6 0,13 71,1
Tabela 6.45 - Concentração (C) em mg/L de P e Remoção (R) de orto-fosfato e em
porcentagem (%), no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes terciários, com o
uso de eletrodos de alumínio (Al) e eletrodos de grafite (G).
(1) 2 A (2) 5 A (3)7,5 A (4)10 A (5)20 A
Corrente elétrica (A)
/ Tempo (min)
C R C R C R C R C R
0 0,69 0,95 3,41 1,01 0,32
20 0,13 81,2 0,08 91,6 0,17 95,0 0,41 59,4 0,04 87,5
60 0,21 69,6 0,07 92,6 0,16 95,3 0,22 78,2 0,00 100
Com os resultados obtidos para a remoção de orto-fosfato, pode ser constatado que o
tratamento eletrolítico utilizando alumínio, no sistema “Al/G” é bastante eficiente na
remoção de orto-fosfato, em até 100%, ou bastante próximo. Quanto maior a concentração
de orto-fosfato, maior a porcentagem de remoção, pois os resultados mais baixos de
remoção foram obtidos no tratamento dos efluentes secundários e terciários, enquanto
houve maior eficiência de remoção nos efluentes UASB e primários. Também se constata
que o tempo de 20 minutos pode até ser excessivo, para os efluentes primários e UASB,
sendo necessários estudos com tempos menores, para se conhecer como se processa a
diminuição das concentrações de orto-fosfato com o tempo de tratamento eletrolítico.
6.3.5 – Alumínio
Foram medidas as concentrações de alumínio presente em vários ensaios realizados, para
testar a capacidade de remoção deste metal durante o tratamento, pois não é desejada sua
presença ao final do tratamento em concentrações acima das recomendadas pelo
CONAMA, em sua resolução 20/1986, que são de 0,1 mg/L águas doces e 1,5 mg/L para
águas salinas. Dessa forma, foram medidas as massas perdidas pelos eletrodos nos ensaios,
assim como a concentração de alumínio presente em solução.
105
Pode ser constatado pela Tabela 6.46, que tanto os catodos (eletrodos 1, 3 e 5), quanto os
anodos (eletrodos 2, 4 e 6), mostraram diminuição em suas massas, em conseqüência dos
ensaios eletrolíticos realizados nas mais diferentes condições impostas. O esperado, de
acordo com a reação de oxidação das placas de alumínio metálicas, seria a formação do íon
Al
3+
, com perda de massa somente dos anodos, enquanto nos catodos houvesse aumento de
massa, com redução dos íons formados nos catodos. Porém, o comportamento apresentado
pelos eletrodos de alumínio neste trabalho foi similar ao relatado por Paul (1996), que
demonstrou a ocorrência de eficiência de 165 a 215%, no desgaste dos eletrodos no
processo eletrolítico, devido a ter ocorrido também, neste processo eletrolítico, o desgaste
dos catodos.
O comportamento dos eletrodos de alumínio foi semelhante aos dos eletrodos de Fe, sendo
comum haver diminuição das massas dos catodos e dos anodos. Para haver perda de massa
dos catodos, deve estar ocorrendo, a princípio, algum ataque químico aos catodos, porém
não foi descoberta qual a reação que seria responsável por esse processo. Caso o processo
eletrolítico estivesse ocorrendo em meio ácido, poderia haver dissolução da placa,
liberando os íons Al
3+
, porém o pH do meio sempre se mantinha alto durante o tratamento.
Tabela 6.46 – Massa dos eletrodos de alumínio, em gramas, nos ensaios eletrolíticos com
efluentes primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários (3
o
), quando utilizados os eletrodos
de alumínio e grafite em seqüência, com corrente elétrica medida em ampère (A).
Condição
do ensaio
(1)1
o
e
7,5 A
(2)1º
e 20 A
(3)2
o
e
10
A
(4)2
o
e
20 A
(5)3
o
e
10A
(6)3
o
e 5 A
Eletrodo 1 536,59 536,18 537,27 535,05 537,62 534,84
Eletrodo 2 529,01 528,16 529,66 527,33 531,13 526,00
Eletrodo 3 523,67 523,09 524,20 521,92 525,37 520,91
Eletrodo 4 533,79 533,06 534,57 532,05 534,34 531,08
Eletrodo 5 514,67 514,22 515,49 512,88 515,65 512,02
Eletrodo 6 539,99 539,52 540,29 539,01 540,34 538,41
Soma das
massas (g) 3177,72 3174,23 3181,48 3168,22 3184,45 3163,22
Desgaste (g) /
(mol)
3,49 /
0,129
6,01 /
0,223
3,76 /
0,139
5,00 /
0,185
2,97 /
0,110
1,83 /
0,0678
A Tabela 6.46 apresenta somente uma pequena parte dos resultados obtidos com o desgaste
das massas de todos os eletrodos durante a fase experimental deste trabalho, sendo que o
restante dos valores medidos das massas dos eletrodos de Al estão no Apêndice C, nas
Tabelas C.1 a C.6. De acordo com tais resultados, houve maiores perdas de massa dos
106
eletrodos, quando aplicados maiores valores de corrente elétrica, conforme pode ser
analisado, comparando os ensaios realizados entre os mesmos tipos de efluentes.
Pela Tabela 6.47, se observa, no ensaio (3), que ocorreu, como exceção, aumento na soma
das massas dos eletrodos. Comparando as massas “perdidas” pelos eletrodos com as
massas dos íons alumínio em solução, se constata que praticamente todo o alumínio é
eliminado por coagulação e floculação eletrolítica. Como exemplo pode ser utilizado o
ensaio (1) da Tabela 6.47, onde o desgaste dos eletrodos foi de 16,63 g, enquanto a
concentração final foi 3,94 mg/L. Dessa forma a quantidade de alumínio em solução, nos
30 L de amostra será 118,2 mg, que representam 0,71 % da massa perdida pelo eletrodo,
sendo que esse exemplo foi de um ensaio onde foi utilizado o sistema “Al”, que apresenta
as concentrações maiores de alumínio, em relação ao sistema “Al/G”.
Em regra geral, a concentração do alumínio tende a aumentar com o tempo, quando
utilizados somente eletrodos de alumínio, como nos ensaios (1) e (3) da Tabela 6.47, assim
como tende a diminuir a partir dos 20 minutos, quando são utilizados os eletrodos de
grafite, conforme mostram os resultados da Tabelas 6.47 e 6.48.
Tabela 6.47 – Concentração de alumínio em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas (g),
presente no tratamento eletrolítico de efluente secundário (2
o
) e do reator UASB, com o
uso de eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G) em seqüência, com corrente elétrica em
ampère (A).
Condições do
ensaio / Tempo (min)
(1)UASB,
Al, e 20 A
(2)UASB,
Al/G e 20 A
(3)UASB,
Al/G e 10 A
(4) 2
o
, Al
e 10 A
0 0,098 0,003 0,005 0,124
10 0,280 0,180 0,215 0,220
20 3,20 1,70 0,125 0,410
40 3,50 0,010 0,120 2,16
60 3,94 0,002 0,220 1,98
Desgaste dos
eletrodos (g / mol)
16,63
/ 0,616
5,76
/ 0,213
-0,84
/ -0,0311
16,27
/ 0,603
Na Tabela 6.47 os ensaios (1) e (2), assim como na Tabela 6.48 o ensaio (5), mostram aos
20 minutos, resultados diferenciados de todos os outros ensaios, em relação à concentração
do alumínio, pois conforme os resultados de todos os outros ensaios dessas duas tabelas, é
possível ocorrer concentrações baixas de alumínio, mesmo estando o eletrodo de alumínio
em funcionamento, o que mostra que pode e deve haver um ajuste nas condições de
tratamento para que as concentrações fiquem em níveis aceitáveis.
107
Tabela 6.48 – Concentração de alumínio, em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas
(g), presente no tratamento eletrolítico, por 60 minutos, de efluentes primários, com o uso
de eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G) em seqüência, com corrente elétrica em ampère
(A).
Condições do
ensaio /
Tempo (min)
(1) Al/G,
20 A e pH 9
(2) Al/G
e 20 A
(3) Al/G
e 10 A
(4) Al/G
e 5 A
(5) Al/G
7,5 A
0 0,025 0,008 0,008 0,002 0,022
10 0,41 0,075 0,215 0,042 0,220
20 0,56 0,09 0,137 0,145 2,43
40 0,116 0,121 0,162 0,132 0,293
60 0,138 0,039 0,12 0,067 0,315
Desgaste dos
Eletrodos (g /mol)
7,14
/ 0,264
14,01
/ 0,518
5,55
/ 0,205
5,48
/ 0,203
6,03
/ 0,223
6.3.6 – COT
Os resultados de remoção de COT neste tratamento eletrolítico, com o sistema “Al/G”,
estão mostrados na Figura 6.25, com os efluentes primários, e na Figura 6.26, com os
efluentes UASB e secundários. Entre os efluentes primários, o ensaio (2) com 10 A, foi o
que apresentou a maior eficiência de remoção de COT. Em todos os ensaios da Figura
6.25, do (1) ao (4), pode ser observado que após os 20 minutos a velocidade de remoção de
COT diminui, pelo fato de não estar mais sendo adicionado alumínio.
0
20
40
60
80
100
0 204060
Tempo (min)
C (mg/L)
(1) 5 A
(2)10 A
(3) 20 A
(4) 20 A e
pH9
Figura 6.25 – Variação da concentração de carbono, pela medida por COT no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e
grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
108
Tabela 6.49 - Remoção do carbono medido por COT, em porcentagem, no tratamento
eletrolítico de efluentes do decantador primário, utilizando eletrodos de alumínio (Al) e de
grafite (G).
Corrente elétrica (A) /
Tempo (min)
(1) 5 A (2) 10 A (3) 20 A (4) 20 A
e pH 9
10 18,43 49,80 41,60 35,63
20 42,09 51,90 45,29 46,50
30 45,39 52,40 46,31 46,40
40 47,83 64,67 43,03 52,39
60 52,70 76,15 43,03 53,91
Na Figura 6.26, os ensaios (2) com 20 A e (5) com 10 A, e efluente UASB, apresentam
praticamente o mesmo comportamento durante o tratamento eletrolítico, havendo somente
ao final do tratamento, no tempo entre 40 e 60 minutos, aumento na remoção do carbono,
no ensaio (2), onde foi aplicada menor corrente elétrica.
Pela Figura 6.26 e Tabela 6.50, se observa que as maiores eficiências de remoção de COT
ocorreram nos efluentes UASB, nos ensaios (2) e (5), cujos efluentes apresentavam
maiores valores iniciais de COT. Da mesma forma ocorreu entre os ensaios realizados com
o sistema “Al”, sendo que o ensaio que apresentou maior eficiência de remoção de COT
foi o ensaio (3), com UASB e 20 A, em relação ao ensaio (4) com 20 A no efluente
secundário.
0
20
40
60
80
100
0 204060
Tempo (min)
C (mg/L)
(1) UASB, Al/G,
10 A e pH9
(2) UASB e 20
A
(3) UASB, Al e
20 A
(4) 2o, Al e 20 A
(5) UASB, Al/G
e 10 A
Figura 6.26 – Variação da concentração de carbono dissolvido, pela medida por COT no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de alumínio (Al)
e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
109
Tabela 6.50 - Remoção do carbono dissolvido, via COT, em porcentagem (%), no
tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB e do decantador secundário, utilizando
eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
(1)UASB,
Al/G e 10 A
(2)UASB,
Al/G e 20 A
(3)UASB, Al,
e 20 A
(4) 2
o
, Al,
e 20 A
(5)UASB,
Al/G e 10 A
10 13,97 51,62 35,12 32,0 49,80
20 14,92 53,74 36,12 29,6 51,90
30 14,92 54,35 51,84 40,8 52,40
40 18,73 68,12 60,20 41,6 69,66
60 24,44 70,45 65,22 47,2 84,83
6.3.7 – Coliformes Totais
As Tabelas 6.51 a 6.54 mostram os resultados da desinfecção, no tratamento eletrolítico,
relacionados com a remoção de Coliformes Fecais nos efluentes primários, secundários,
terciários e UASB, respectivamente.
Conforme mostram as Tabelas 6.51 a 6.53, e conforme o esperado, os valores de NMP de
Coliformes Totais, em relação aos efluentes primários, secundários, terciários, devido ao
tratamento biológico aplicado, tendem à remoção dos mesmos. Além de apresentarem
menores valores de NMP de Coliformes Totais, os efluentes secundários e terciários
também apresentam menor valor de turbidez, dessa forma, o cloro formado encontrará
menor quantidade de substâncias presentes para serem oxidadas, tendo maior facilidade
para atuar na desinfecção, levando à maior eficiência de remoção, conforme se constata
nas Tabelas 6.51 a 6.53.
Com exceção dos ensaios com efluente de reator UASB, nos outros três tipos de efluentes,
conforme apresentados nas Tabelas 6.51 a 6.53, são mostrados alguns ensaios realizados
com pH 9, sendo que em todos os casos apresentaram remoção completa. Devido à
quantidade desses ensaios, assim como a falta de ensaios com as mesmas condições de
eletrodos e corrente, fez com que não fosse possível se chegar a conclusões sobre a melhor
ou pior eficiência pelos resultados obtidos.
A Tabela 6.54 mostra que os ensaios realizados com efluentes de reator UASB são os que
apresentam menores valores na remoção de Coliformes Fecais quando comparado com os
110
outros 3 efluentes, em condições similares, quando tratados eletroliticamente com
eletrodos de alumínio e grafite, ou só por eletrodos de alumínio. Pode-se deduzir, então,
que a condição de anaerobiose ocorrida no tratamento desse efluente produz substâncias
que dificultam a atuação do processo eletrolítico na remoção dos Coliformes Fecais, assim
como ocorreu com os eletrodos de ferro atuando nesse mesmo efluente.
Tabela 6.51– Remoção (R) em %, de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes de tratamento primário, utilizando
eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em ampère (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)Al/G e
15 A
(2)Al/G e
5 A
(3)Al/G,
7,5 A e
pH9
(4)Al
e 4 A
(5)Al
e 10 A
0 NMP 2,9 x 10
9
2,4 x 10
8
1,1 x 10
9
2,4 x 10
8
2,4 x 10
9
NMP 2,4 x 10
5
2,4 x 10
5
4600 2,4 x 10
5
2,4 x 10
4
20
R 99,992 99,9 99,9996 99,9 99,999
NMP 4600 1100 0 2400 1500 60
R 99,9998 99,9995 100 99,999 99,9994
NMP – número mais provável
Tabela 6.52 – Remoção (R), em %,de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento secundário, utilizando
eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)Al/G e
10 A
(2)Al/G,
pH9 e 10 A
(3)Al e
10 A
(4)Al
e 15 A
(5)Al/G
e 5 A
0 NMP 4,6x10
9
1,1x10
8
2,1x10
7
4,6x10
8
4,6x10
8
NMP 11000 11000 0 2,4x10
5
2,4x10
5
20
R 99,9998 99,99 100 99,995 99,95
NMP 0 0 0 430 430 60
R 100 100 100 99,999991 99,99991
NMP – número mais provável
Tabela 6.53 – Remoção (R) , em %, de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do tratamento terciário, utilizando
eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)Al/G
e 5 A
(2)Al/G e
7,5 A
(3)Al/G,
10 A e
pH9
(4)Al,
e 20 A
0 NMP 2,4x10
8
4,3x10
7
2,4x10
8
1,1x 10
6
NMP 2400 430 0 0 20
R 99,999 99,999 100 100
NMP 0 0 0 0 60
R 100 100 100 100
NMP – número mais provável
111
Tabela 6.54– Remoção (R) , em %, de Coliformes Fecais, em números mais prováveis
(NMP), pelo tratamento eletrolítico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de
alumínio (Al) e grafite (G), com corrente elétrica em (A).
Condições do ensaio
/ Tempo (min)
(1)Al/G
e 5 A
(2)Al/G e
7,5 A
(3)Al/G,
10 A e
pH9
(4)Al,
e 20 A
0 NMP 2,4 x 10
8
2,4 x 10
9
2,4 x 10
8
2,4 x 10
9
NMP 11000 2,4 x 10
4
0 2,4 x 10
5
20
R 99,995 99,999 100 99,99
NMP 240 0 0 4600 60
R 99,9999 100 100 99,9998
NMP – número mais provável
6.4 – ANÁLISE GERAL DOS DADOS
Neste item serão comparados os resultados obtidos no tratamento eletrolítico, em relação
às diferentes características analisadas nos ensaios, pelos diferentes sistemas utilizados:
“Al/G”, “Al”, “Fe/G”, “Fe” e o “G”.
Deve ser levado em consideração que os ensaios foram realizados com efluentes coletados
em dias diferentes, com diferentes características entre si. Mesmo tendo sido coletados nos
mesmos pontos, as características dos efluentes variam dia-a-dia, assim como variam
dentro do mesmo dia.
6.4.1 – pH
Em relação aos sistemas utilizados, a maior variação no pH ocorreu quando foi testado o
sistema “Fe”, que foi capaz de elevar o valor de pH para próximo de 11. No sistema “G”,
quando foram utilizados maiores valores de corrente elétrica, ocorreu a diminuição do pH,
pela reação do cloro formado, liberando o íon OH-. No sistema “Al”, houve aumento de
pH, mas menos intenso do que no sistema “Fe”. Nos sistemas “Al/G” e “Fe/G”, houve
aumento inicial de pH e posteriormente à troca de eletrodos, abaixamento, com os valores
finais de pH bastante próximos dos valores iniciais, como regra geral.
112
Foram realizados alguns ensaios onde o valor de pH foi aumentado para 9, pois os valores
iniciais dos pHs dos efluentes foram quase sempre entre 6 e 7. Nestes ensaios, foi
verificado que, na maior parte dos casos, não se obtém maior eficiência de remoção, em
relação às diversas características analisadas durante os ensaios.
6.4.2 – Amônia
Foi constatado que só ocorreu remoção da amônia quando foram utilizados os eletrodos
reativos, em todos os sistemas, com exceção do sistema “G”, por meio dos mecanismos de
coagulação, floculação e flotação eletrolíticas. Quando utilizados os eletrodos de grafite
sozinhos, no sistema “G”, ou nos sistema “Al/G” e “Fe/G”, posteriormente aos eletrodos
de ferro ou alumínio, o processo de eletrocoagulação e eletrofloculação prosseguia, devido
às concentrações dos íons dos metais, mas com menor intensidade. Também ocorre a
formação das cloraminas, que, como discutido anteriormente, leva à diminuição nas
concentrações de amônia, porém sem ser isso ser considerado como remoção.
6.4.3 – Cloro
Foi constatado que só ocorreu produção de cloro residual livre e total quando foram
utilizados os eletrodos de grafite, pois as reações de oxidação dos metais alumínio e ferro,
em seus íons Al
3+
, Fe (II e III), ocorrem antes que a reação de oxidação do cloreto a cloro.
Como não há desgaste dos eletrodos de grafite, pela sua oxidação, é oxidado o cloreto
presente. A relação entre corrente elétrica e concentração de cloro em solução não se
mostrou diretamente proporcional, assim como a de outras características analisadas neste
trabalho.
6.4.4 – Cor e turbidez
A maior eficiência de remoção de cor e turbidez foi obtida quando foram utilizados
eletrodos de alumínio, nos efluentes primários e do reator UASB. Em relação à cor,
113
também com os eletrodos de alumínio foram obtidas boas eficiências de remoção para os
ensaios com efluentes secundários e terciários.
Devido às altas concentrações de ferro, em solução, quando utilizados eletrodos de ferro, a
solução tratada tinha cor amarelada, ao final dos 60 minutos, conforme a Figura 6.14. Os
resultados de remoção de turbidez, quando utilizados os eletrodos de ferro, mostraram que,
com as condições de trabalho utilizadas, o ferro não se mostrou adequado, pois ocorre a
continuação da produção de flocos, mesmo após as coletas das amostras, diferentemente do
ocorrido quando foram utilizados os eletrodos de alumínio.
Os mecanismos principais que atuaram na remoção de cor e turbidez foram a
eletrocoagulação, eletrofloculação e a eletroflotação.
6.4.5 – Fósforo
Foram obtidos excelentes resultados na remoção de orto-fosfato quando foram utilizados
os eletrodos de ferro e alumínio, nos sistemas “Al”, “Al/G”, “Fe” e “Fe/G”, por meio dos
mecanismos de eletrocoagulação, eletrofloculação e eletroflotação. Com os eletrodos de
alumínio, os resultados foram um pouco melhores dos que os obtidos quando utilizados os
eletrodos de ferro. Os sistemas “Al/G” e “Fe/G” se mostraram adequados para obtenção de
altas eficiências de remoção de orto-fosfato, em torno de 98 a 99 %, com o tempo de 20
minutos, e com valores de corrente de 5 A ou menores.
Quando utilizado o sistema “G”, a eficiência de remoção foi menor do que 40 %, mesmo
para maiores valores de corrente, confirmando que o principal mecanismo de remoção foi a
conjunção de eletrocoagulação e eletrofloculação.
6.4.6 – COT
A medida de remoção de matéria orgânica, na forma de COT, com as condições de
trabalho utilizadas, foi realizada somente em alguns dos ensaios, devido aos problemas
ocorridos com o equipamento de COT. Outro problema foi a demora na produção de uma
114
fonte com maior voltagem, que resolveria o problema da adição de sal ao meio, facilitando
a medida de DQO das amostras coletadas, assim como do estudo dos mecanismos de
remoção, sem a presença de sal, como a desinfecção. Porém, as medidas feitas auxiliaram,
pelo menos em parte, na compreensão da remoção de COT pelo tratamento eletrolítico.
Quando utilizado o sistema “G”, foi obtida a menor eficiência de remoção dentre todos os
sistemas analisados. Comparando os sistema “Al/G” e “Fe/G”, constata-se que os
resultados obtidos na presença de alumínio foram pouco superiores aos obtidos quando
utilizados os eletrodos de ferro. As maiores eficiências de remoção ocorreram para
efluentes com maiores concentrações de COT, porém constatou-se que o tempo utilizado,
não foi adequado para uma investigação mais aprofundada da eficiência de remoção em
relação ao parâmetro investigado. Pelos resultados obtidos, em todos os efluentes e
concentrações, observa-se que com a diminuição do COT durante o tratamento, ocorre uma
diminuição nos valores de remoção, tanto durante cada ensaio, assim como nos diferentes
ensaios.
6.4.7 – Condutividade e cloretos
Não foram verificadas variações consideráveis nas concentrações de cloreto, assim como
da condutividade, conforme mostram as Tabelas 6.55 e 6.56, diferentemente do relatado
por Rodrigues e Brito (2000), que realizaram o tratamento eletrolítico de efluentes de
reator UASB. Mesmo havendo formação de cloro a partir do cloreto presente, as
concentrações de cloro estiveram na ordem de mg/L, enquanto as concentrações de cloreto
estiveram na ordem de g/L. As variações em porcentagem do cloreto foram: nos ensaios
da Tabela 6.55, (1) 7,7; (2) 11,6; (3) 25,0; (4) 15,6; (5) 18,6; e (6) 11,0 %; e nos ensaios da
Tabela 6.56, (1)10,4; (2) 17,8; (3) 9,2; e (4) 28,4%. Dessa forma, as quantidades de cloro
formadas não interferiram significativamente nas concentrações de cloreto presentes. A
condutividade está relacionada com a presença de outros íons presentes nos efluentes, além
do cloreto e do sódio que são os principais componentes do sal de cozinha, e não mostrou
alterações significativas nas medidas com o tempo.
115
Tabela 6.55 – Concentração de cloro (Cl), em g/L, e condutividade (C), em µS/cm,
medidas no tratamento eletrolítico de efluentes primários (1
o
), secundários (2
o
) e terciários
(3
o
), utilizando eletrodos de alumínio (Al) ou de ferro (Fe), com corrente elétrica em
ampère (A).
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
(1)1
o
, Al
e 10 A
(2)1
o
, Al,
e 5 A
(3)2
o
, Fe,
e 15 A
(4)2
o
, Fe
e 10 A
(5)3
o
, Fe,
e 20 A
(6)3
o
, Al, e
20 A
Cl 0,975 0,515 1,00 2,88 3,28 3,28
0
C 4,36 2,17 3,48 6,43 6,17 6,86
5 C 4,36 2,17 3,04 6,72 6,25 6,78
10 C 4,36 2,09 3,18 6,86 6,76 6,63
15 C 4,35 2,11 3,35 6,92 6,75 6,59
Cl 0,950 0,468 0,792 2,76 2,95 3,03
20
C 4,35 2,09 3,51 6,92 6,82 6,43
30 C 4,32 2,12 3,49 6,87 7,15 6,57
40 C 4,29 2,09 3,82 6,8 7,1 6,7
Cl 0,900 0,455 0,750 2,43 2,67 2,92
60
C 4,28 2,1 4,04 7,04 7,32 6,66
Tabela 6.56 – Concentração de cloro (Cl) em g/L, e condutividade (C), em µS/cm, medidas
no tratamento eletrolítico de efluentes primários (1
o
) e secundários (2
o
), utilizando
eletrodos de grafite, com corrente elétrica em ampère (A).
Condições
do ensaio /
Tempo (min)
(1)2
o
e 10 A
(2)1
o
e
23 A
(3)1
o
e
7,5 A
(4)1
o
e
15 A
Cl 1,25 2,13 0,688 1,31
0
C 3,44 6,55 2,03 3,36
5 C 3,60 6,44 1,84 3,34
10 C 3,66 6,38 1,89 3,65
15 C 3,61 6,54 1,91 3,63
Cl 1,19 1,94 0,674 1,25
20
C 3,64 6,4 1,94 3,45
30 C 3,64 6,43 1,59 3,47
40 C 3,69 6,59 1,72 3,63
Cl 1,12 1,75 0,625 0,938
60
C 3,70 5,93 1,86 3,54
6.4.8 – Massa dos eletrodos
Devido o uso dos eletrodos inertes (grafite) e reativos (ferro e alumínio), não houve
desgaste dos eletrodos inertes, conforme o esperado, o que ocorreu somente nos eletrodos
reativos. Porém, para os eletrodos de alumínio e o ferro, ocorreram desgastes dos anodos e
dos catodos, sendo a perda de massa, normalmente, maior do que a esperada de acordo
com as Leis de Faraday da eletroquímica.
116
Comparando a variação das massas, em gramas, e da quantidade de matéria, em mol, entre
os eletrodos de ferro e de alumínio, devido ao desgaste dos eletrodos, constatou-se que, na
maior parte dos casos, nos ensaios com alumínio como eletrodo ocorreu menor perda,
conforme as Tabelas 6.57 e 6.58. A comparação foi feita em relação a estas duas unidades
básicas da matéria, devido às diferentes características de cada uma. Quando feita a
comparação, em relação à quantidade de matéria, devido as diferentes massas molares do
alumínio e do ferro, se analisa a quantidade de átomos que é perdida por cada tipo de
material. Pelas medidas de massa, se pode dizer quanto de lodo que cada um dos eletrodos
podem produzir separadamente. Em certos experimentos, como no ensaio (3) da Tabela
6.45, com as condições UASB, Al/G e 10 A, ocorreu aumento de massa, -0,84 g, na soma
de todos os eletrodos, sendo uma exceção.
A Tabela 6.57 e a Tabela 6.58 representam os resultados dos ensaios realizados com as
correntes elétricas de 10 A e 20 A, respectivamente. Pode ser observado, que na maior
parte dos casos, tanto em relação a massa, quanto a quantidade de matéria, houve maior
desgaste do ferro em relação ao alumínio.
Tabela 6.57 – Desgaste dos eletrodos de alumínio e de ferro, medidas em massa (m), em
gramas, e quantidade de matéria (mol), em mol, no tratamento eletrolítico de efluentes
biológicos, com a utilização de eletrodos de alumínio (Al) ou ferro (Ferro) por 60 minutos,
ou de alumínio ou ferro, e posteriormente os eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica
de 20 A.
Eletrodos / Efluentes AlG Fe/G Al Fe
m 6,01 114 20,14 6,00 Decantador
Primário
mol 0,223 2,04 0,749 0,108
m 5,00 11,0 18,5 35,0 Decantador
Secundário
mol 0,185 0,197 0,688 0,627
m 10,57 7,00 16,88 53,0 Tratamento
Terciário
mol 0,392 0,125 0,628 0,95
m 5,76 9,00 16,63 49,0 Reator
UASB
mol 0,213 0,161 0,616 0,878
117
Tabela 6.58 - Desgaste dos eletrodos de alumínio e de ferro, medidas em massa (m), em
gramas, e quantidade de matéria (mol), em mol, no tratamento eletrolítico de efluentes
biológicos, com a utilização de eletrodos de alumínio (Al) ou ferro (Ferro) por 60 minutos,
ou de alumínio ou ferro, e posteriormente os eletrodos de grafite (G), com corrente elétrica
de 10 A.
Eletrodos / Efluentes Al/G Fe/G Al Fe
m 5,55 27,0 4,46 15,0 Decantador
Primário
mol 0,205 0,484 0,166 0,269
m 3,76 14,0 16,27 72,0 Decantador
Secundário
mol 0,139 0,251 0,603 1,29
m 2,97 7,0 8,62 12,0 Tratamento
Terciário
mol 0,110 0,125 0,32 0,215
m - 0,84 10,0 nm 44,0 Reator
UASB
mol - 0,0311 0,179 nm 0,799
6.4.9 – Coliformes Totais
Vários mecanismos foram importantes na remoção dos Coliformes Fecais presentes, dentre
eles a cloração, porém, somente quando utilizados os eletrodos de grafite, tanto no sistema
“G”, quanto nos sistemas “Al/G” e “Fe/G”. Em todos os sistemas foram obtidas altas
eficiências na remoção dos Coliformes Totais, tendo sido alcançado 100%, tanto na
presença dos eletrodos reativos quanto na presença dos eletrodos de grafite.
Os resultados da variação de NMP (Número Mais Provável) de Coliformes Totais estão
apresentados nas Figura 6.27 a 6.33.
Nos sistemas “Fe/G” e “Al/G”, verificaram-se altos valores de eficiência de remoção,
mesmo nos 20 primeiros minutos, quando utilizados somente os eletrodos reativos de ferro
e alumínio, respectivamente. Dessa forma, outros mecanismos são importantes para a
desinfecção, tais como a eletrocoagulação, eletrofloculação, eletroflotação, passagem de
corrente, eletrossorção, e a possível produção de outras substâncias desinfetantes.
Comparando a desinfecção ocorrida entre os diferentes eletrodos e seus sistemas, pode-se
ver que o comportamento foi bastante similar, em relação à variação dos efluentes, dos
eletrodos e das correntes elétricas aplicadas, não sendo possível determinar um eletrodo
que tenha sido mais eficiente no processo de desinfecção, entre os eletrodos reativos.
118
Figura 6.27 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes UASB,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de grafite
(Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère (A).
Figura 6.28 - NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes UASB,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de
grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère (A).
119
Figura 6.29 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes primários,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de grafite
(Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère (A).
Figura 6.30 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes primários,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de
grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère (A).
120
Figura 6.31 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes
secundários, com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère (A).
Figura 6.32 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes
secundários, com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por
eletrodos de grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère (A).
121
Figura 6.33 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes terciários,
com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de grafite
(Fe/G), com corrente elétrica medidas em Ampère (A).
Figura 6.34 – NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletrolítico de efluentes terciários,
com eletrodos de alumínio (Al), ou de alumínio (por 20 minutos) seguidos por eletrodos de
grafite (Al/G), com corrente elétrica medida em Ampère (A).
122
6.4.10 – Tempo
O tempo total de tratamento, assim como as divisões dos tempos para o uso dos eletrodos
reativos e inertes, devem ser analisados em relação à remoção de cada um dos parâmetros
de eficiência. Para os parâmetros em que a eficiência de remoção foi alta, tais como
fósforo, Coliformes Totais, alumínio e ferro, foi verificado que o tempo se mostra
adequado, e às vezes até excessivo, conforme as análises feitas nos itens anteriores, 6.1 a
6.3.
Para a remoção de orto-fosfato, quando foram utilizados os sistemas com alumínio e ferro,
o tempo de 20 minutos foi adequado para se atingir valores de eficiência de remoção quase
próximos aos obtidos aos 60 minutos, principalmente quando utilizado o sistema “Al/G”,
pois os eletrodos de alumínio foram utilizados por 20 minutos, e posteriormente, os
eletrodos de grafite, até completar 60 minutos, o que deu prosseguimento à eletrólise e à
coagulação e floculação, pela existência em solução dos íons dos metais.
Para a remoção de cor, utilizando o sistema “Al/G”, o tempo se mostrou adequado para o
tratamento de todos os efluentes, sendo obtida eficiência de 100% para os efluentes
primários, secundários e terciários e 85% para os efluentes de reator UASB. Com os
sistemas “Fe” e “Fe/G” não houve remoção de cor, pois há presença de íons de ferro (III)
em solução, o que leva a solução a ficar amarela, apesar de serem constatadas baixas
concentrações de ferro no sistema “Fe/G” aos 60 minutos.
Quanto à remoção de turbidez, os melhores resultados foram obtidos com o sistema
“Al/G”, para os efluentes primários e UASB, sendo que com 20 minutos já se atingiu os
menores valores de turbidez, com eficiência maior do que 90 %.
6.4.11 – Consumo de energia
O consumo de energia por volume, medido em kWh/m
3
, para o tratamento eletrolítico,
variou de acordo com a corrente elétrica aplicada. Dessa forma, considerando que os
valores variaram entre 5 e 20 A, e que o volume de efluente no reator foi de 30 L, o
123
consumo energético por m
3
, foi de 1,25 kWh/m
3
a 5,0 kWh/m
3
. Os valores foram próximos
aos obtidos por Poon e Brueckner (1975), de 1,18 kWh/m
3
.
Os valores obtidos, de consumo energético, podem ser maiores do que os apresentados por
tratamentos biológicos, conforme mostrado pela Tabela 2, porém, devem ser analisadas
outras questões, como a remoção obtida em cada parâmetro de eficiência de
disponibilidade de energia e o seu preço local, a disponibilidade de área e o preço, a carga
poluente a ser tratada, assim como a toxidez do efluente, a possibilidade de o tratamento
eletrolítico ser utilizado quando houver aumento de vazão de efluentes a serem tratados,
como em regiões de turismo, onde há grande população flutuante em certas épocas do ano.
Tabela 6.59 – Potência instalada e consumo de energia por processo de tratamento
Processo de Tratamento
Faixa usual de potência
instalada
(w/hab)*
Consumo energético
(kWh/m
3
)**
Lagoa Aerada (Facultativa/ Mistura
Completa) 1 1,7 0,12 0,204
Lodos Ativados Convencional 1,5 2,8 0,18 0,336
Lodos Ativados Aeração Prolongada 2,5 4 0,3 0,48
Lodos Ativados (Fluxo intermitente) 1,5 4 0,18 0,48
Filtro Biológico (Baixa carga) 0,2 0,6 0,024 0,072
Filtro Biológico (Alta carga) 0,5 1 0,06 0,12
Biodisco 0,7 1,6 0,084 0,192
*Fonte: Von Sperling (1997)
** valores calculados a partir da produção de esgoto doméstico de 200 L/hab
6.4.12 – Observações experimentais
Durante os ensaios pode ser observado que houve eliminação dos odores apresentados
pelos efluentes, principalmente dos efluentes UASB, que por característica própria
apresenta o pior odor entre os efluentes tratados. Pode ser reparado que aos 20 minutos já
não mais se notava os odores fétidos iniciais.
Durante a formação dos flocos, no processo de coagulação e floculação eletrolítica, pode
ser visto que os flocos do ferro, no início do tratamento, até os 20 minutos, são verdes e
maiores, depois, continuam grandes, porém ficam brancos, enquanto os flocos formados
124
pelo alumínio são sempre menores e brancos. Os flocos de ferro, visualmente, flotam mais
facilmente, por serem maiores, e tem menor recirculação do que os flocos de alumínio.
De início foram medidas as temperaturas durante os ensaios eletrolíticos, não sendo
verificadas alterações significativas, que pudessem estar relacionadas com o tratamento
eletrolítico.
6.5 - VANTAGENS E DESVANTAGENS
De acordo com os resultados obtidos, dentro das condições estudadas, pode-se concluir
quais as vantagens e desvantagens da utilização do tratamento eletrolítico como método de
polimento de efluentes de outros sistemas de tratamento esgotos sanitários.
São vantagens do tratamento eletrolítico:
1- método eficiente na remoção de parâmetros cor, turbidez, matéria orgânica, fósforo
e coliformes;
2- recipiente compacto;
3- baixo tempo de detenção, comparado com métodos biológicos;
4- uso dos eletrodos reativos de Al e Fe não levam à formação de cloro, assim como
dos trihalometanos (THM);
5- produção controlada de cloro pelo grafite, de acordo com a corrente aplicada;
6-
não é necessária a variação do pH 9, para obtenção de melhores valores de remoção
dos parâmetros; e
7-
uso de eletrodos de grafite diminuem as concentrações dos íons dos metais dos
eletrodos reativos.
As seguintes desvantagens do tratamento eletrolítico podem ser enumeradas:
1-
o uso de eletrodos de alumínio leva a altas concentrações do seu íon em solução,
que só diminui se utilizados posteriormente os eletrodos de grafite;
2-
os eletrodos de ferro aumentam os valores de cor e turbidez;
3- desgaste dos eletrodos, tanto dos anodos, quanto dos catodos;
4- fragilidade das placas de grafite;
125
5- os eletrodos de grafite necessitam de maior concentração de sal para produzirem as
mesmas correntes dos eletrodos de ferro e alumínio; e
6- o lodo produzido contém altas concentrações do metal utilizado como eletrodo,
podendo ser potencialmente perigoso, principalmente no caso do alumínio.
126
CAPÍTULO 7 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Em consonância com os objetivos gerais e específicos assumidos neste trabalho, por meio
dos resultados alcançados na presente pesquisa com tratamento eletrolítico, nas condições
específicas de trabalho utilizadas e com as limitações de recursos disponíveis, foram
obtidas as conclusões e recomendações que são relatadas a seguir.
7.1 – CONCLUSÕES
As conclusões estão subdivididas de acordo com as questões associadas ao tratamento
eletrolítico, dentro das condições de trabalho, como: parâmetros de eficiência, variáveis da
pesquisa, mecanismos e conclusão geral.
7.1.1 –Parâmetros analisados
Não houve remoção considerável de cloreto, assim como da condutividade, mesmo
considerando que, quando utilizados os eletrodos de grafite, ocorre a produção de cloro
(Cl
2
) e conseqüentemente de hipoclorito.
Somente foi detectada produção de cloro residual livre e total quando utilizados eletrodos
inertes de grafite. Quando utilizados os eletrodos de grafite, ocorre a produção do cloro, e,
em conseqüência, ocorrem altas eficiências de remoção de Coliformes Totais, quase
sempre ao nível de 100%.
A remoção de amônia ocorreu com baixa eficiência, em todos os sistemas de eletrodos
utilizados, com e sem os eletrodos reativos. Quando na presença dos eletrodos de grafite, a
maior parte da variação da concentração da amônia foi devida à formação das cloraminas,
que, ao se decomporem, retornam como a amônia à solução, não podendo ser considerada
como remoção.
127
Quando utilizados os sistemas “Al/G” e “Fe/G”, as concentrações medidas de alumínio e
ferro, respectivamente, foram bem mais baixas do que quando utilizados os sistemas “Al”
e “Fe”, pela continuidade da eletrocoagulação e da eletrofloculação, assim como da
eletroflotação, pela produção do gás H
2
nos catodos.
Quando utilizados os sistemas “Al/G” e “Fe/G” não é formado lodo no reator, ao contrário
de quando utilizado os sistemas “Al” e “Fe”.
O tratamento eletrolítico foi capaz de remover COT (carbono orgânico total),
principalmente para os efluentes que apresentam maior carga orgânica, que são os
efluentes primários e de reator UASB, porém necessitando de tempo maior do que os 20
minutos aplicados na etapa em que estão sendo utilizados os eletrodos de ferro ou
alumínio.
Em relação à presença de Coliformes Totais, foram obtidos altos valores de desinfecção,
mesmo quando aplicados menores valores de corrente elétrica. A desinfecção se mostra
eficiente tanto quando usados somente os eletrodos reativos (ferro e alumínio), como
quando usados eletrodos de grafite (inertes).
7.1.2 – Variáveis da pesquisa
Entre os três tipos diferentes de eletrodos utilizados e suas combinações (sistemas), os
melhores resultados de tratamento foram obtidos quando se empregou a seqüência de
eletrodos de alumínio e grafite, para tratamento de efluentes do decantador primário e do
reator UASB, pois são os efluentes que apresentam maior carga de poluentes, em relação
aos efluentes secundários e terciários. Também, tais efluentes apresentaram as maiores
eficiências de remoção, em relação aos parâmetros fósforo, Coliformes Totais e matéria
orgânica, quando utilizados os eletrodos reativos (ferro ou alumínio), sozinhos ou não,
enquanto que, para a remoção de cor e turbidez, foram obtidos bons resultados somente
quando utilizados os eletrodos de alumínio e de grafite, em seqüência.
128
Para os efluentes secundários e terciários, houve altas eficiências de remoção para
coliformes e orto-fosfato, enquanto que para amônia, cor e turbidez, a eficiência de
remoção foi bastante baixa, às vezes até negativa.
A adição de sal (NaCl) é útil em relação ao aumento da condutividade do meio, e
conseqüentemente do menor gasto energético, devido a serem necessárias fontes menos
potentes para os mesmos valores de correntes elétricas aplicadas. Também leva à produção
de cloro, hipoclorito e possivelmente outros agentes desinfetantes clorados. Porém, a
adição de sal leva ao aumento na concentração final de cloreto, que pode alcançar um valor
indesejado em relação às concentrações máximas permitidas de cloreto para o despejo de
efluentes nos corpos d’água receptores.
O desgaste dos eletrodos reativos mostrou grande variação, em relação às correntes
elétricas aplicadas, tanto dos anodos quanto dos catodos. Dessa forma, o comportamento
dos eletrodos não segue à risca as Leis de Faraday.
O tempo de tratamento escolhido, de 60 minutos, assim como a combinação dos tempos
para a troca dos eletrodos reativos com 20 minutos, para os eletrodos inertes, mostrou-se
adequado em relação à eficiência de remoção dos parâmetros cor, turbidez, fósforo e
coliformes. Porém esses tempos não são adequados quando se trata da remoção de matéria
orgânica.
7.1.3 - Mecanismos
A conjunção entre a eletrocoagulação e a eletrofloculação se mostrou como o mecanismo
mais importante na remoção dos seguintes parâmetros: matéria orgânica, cor, turbidez,
fósforo (orto-fosfato e fósforo total) e também para a amônia, apesar de apresentar baixa
remoção. Em relação à desinfecção (redução de coliformes) esse mecanismo também teve
sua parcela de contribuição.
A flotação eletrolítica se mostra como mecanismo eficiente na remoção do material
particulado produzido, em conseqüência dos mecanismos eletrocoagulação e
eletrofloculação, conforme mostram os resultados obtidos em relação aos parâmetros orto-
129
fosfato (para todos os efluentes), cor e turbidez (para os efluentes primários e de reator
UASB).
Quanto à desinfecção, deve-se analisar o tratamento eletrolítico em relação aos diferentes
tipos de eletrodos e suas combinações. Quando utilizados os eletrodos de ferro e de
alumínio, estes eletrodos reativos mostraram altos valores na eficiência de remoção de
Coliformes Totais, estando relacionada com os mecanismos de eletrocoagulação e
eletrofloculação, e passagem de corrente; assim como a possibilidade de serem produzidos
outros agentes desinfetantes, sem ser o cloro.
Com o uso dos eletrodos de grafite, o hipoclorito foi o principal fator de remoção de
coliformes, sendo levada em conta também a própria passagem de corrente, assim como a
continuidade do processo de coagulação e floculação, devido à presença de ferro ou
alumínio, pelo desgaste dos eletrodos reativos. Também pode estar ocorrendo desinfecção
devido a outras substâncias que podem ser produzidas durante o processo eletrolítico.
7.1.4 - Conclusões gerais
De acordo com as necessidades de remoção específicas de cada tipo de efluente, podem ser
desenvolvidos procedimentos de tratamento diferenciados, em relação a cada parâmetro,
tais como os discutidos a seguir.
Orto-fosfato - quaisquer dos quatro tipos de efluentes tratados necessitam de baixos valores
de corrente e menores períodos de tempo, tanto com eletrodos de ferro quanto com
eletrodos de alumínio.
Cor e turbidez – para obtenção de maiores eficiências de remoção nos efluentes do reator
UASB e do decantador primário, necessitam-se de eletrodos de alumínio, e tempo igual ou
menor a 20 minutos de tratamento.
Coliformes Totais - com quaisquer dos quatro tipos de efluentes e com 20 minutos de
tratamento, com eletrodos de ferro ou alumínio, ocorre alta eficiência de remoção de
Coliformes.
130
Para a desinfecção de efluentes secundários e terciários, somente os eletrodos de grafite já
resolvem, devido ao fato de terem menor quantidade de matéria orgânica presente, e em
conseqüência, menor possibilidade de formação de THM.
Em relação ao COT, os efluentes com maiores cargas orgânicas, o primário e o UASB,
tendem a mostrar maior eficiência de remoção, necessitando de seu uso em tempos maiores
do que 20 minutos.
A modificação para pH 9, com adição de NaOH não leva a melhores resultados, em
relação à eficiência de remoção dos vários parâmetros de eficiência medidos no tratamento
eletrolítico.
7.2 – RECOMENDAÇÕES
A partir dos resultados obtidos, de acordo com as condições de trabalho, foram
relacionadas as seguintes recomendações:
• Estudar a composição da escuma nas diferentes situações de trabalho, assim como a
forma adequada de sua deposição;
•
Testar sistemas mistos de eletrodos, entre eletrodos reativos e inertes;
•
Estudar diferentes configurações de reator, em relação ao seu formato, ao seu
número de eletrodos, suas distâncias;
• Analisar processos eletrolíticos com tratamento em fluxo contínuo;
• Procurar por materiais recicláveis, para testar como eletrodos, como por exemplo,
grafite utilizado em pilhas, ferro velho, peças de alumínio.
• Avaliar a influência de outros valores de pH, que não o pH 9, na eficiência de
remoção dos parâmetros;
• Buscar por possíveis oxidantes produzidos durante o tratamento eletrolítico, quando
utilizados eletrodos reativos e/ou inertes, tais como percloratos, persulfatos,
cloratos, peróxido de hidrogênio e ozônio, dentre outros;
• Fazer testes com substâncias conhecidas para analisar o grau de degradação com o
tempo, no tratamento eletrolítico, por exemplo açúcar, como substância
131
biodegradável e fenol ou outra substância aromática, como material pouco
biodegradável; e
• Medir a presença de indicadores de contaminação na escuma, tais como Coliformes
Totais ou Fecais, Giárdia, Criptosporidium, dentre outros, para analisar a influência
do processo de coagulação, floculação e flotação eletrolítica na desinfecção dos
efluentes.
132
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136
APÊNDICES
137
APÊNDICE A – MASSAS DOS ELETRODOS DE GRAFITE
Tabela A.1 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(1) 3
o
,
Fe/G
e 10 A
(2) 1
o
, Fe/G
e 10 A
(7) 3
o
, G e
7,5 A
(8) 1
o
,
G e
24 A
(9) 2
o
, G,
10 A
e pH9
Condição
do ensaio
(1) 3
o
,
Al/G
e 10 A
(3) 2
o
, G e
10 A
(4) 3
o
,
Al/G e
7,5 A
(5) 1
o
, G e
15 A
(6) 1
o
, G e
23 A
(7) 3
o
,
Al/G e
7,5 A
(8) 1
o
,
Al/G e
20 A
(9) 2
o
,
Al/G
e 10 A
Data 20/ago/03 22/ago/03 25/ago/03 26/ago/03 27/ago/03 28/ago/03 1/set/03 3/set/03 5/set/03
1
3002 3065 3030 3100 3108 3100 3097 3085 3039
2
3049 3113 3131 3168 3141 3160 3092 3100 3075
3
2979 2999 2968 2985 2979 3029 3039 3042 2933
4
2898 2905 2909 2959 2936 2980 2898 2928 2939
5
2835 2871 2862 2881 2871 2919 2888 2849 2932
6
3056 3125 3126 3162 3099 3172 3138 3119 3143
Soma 17819 18078 18026 18255 18134 18360 18152 18123 18061
138
Tabela A.2 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(11) 2
o
,
Fe/G e
7,5 A
(12) 2
o
,
Fe/G e
7,5 A
(13) UASB,
Fe/G e
7,5 A
(15) 3
o
,
Fe/G e 2 A
(16) 2
o
,
Fe/G e
15 A
(17) 3
o
,
Fe/G e
5 A
(18) UASB,
Fe/G e 7,5 A
(19) 1
o
,
Fe/G e
3 A
Condição
do ensaio
(10) 3
o
,
Al/G,
10 A
e pH9
(11) 1
o
,
Al/G e
1,5 A
(12) 2
o
,
Al/G e
1,5 A
(13) UASB,
Al/G
e 2A
(14) 1
o
,
Al/G e
7,5 A
(15) 3
o
,
Al/G e 5 A
(16) 2
o
,
Al/G e
15 A
(18) UASB,
Al/G e 7,5 A
(19) 1
o
,
Al/G e
5 A
Data 8/set/03
10/set
/03
15/set
/03 16/set/03
18/set
/03 19/set/03
22/set
/03 26/set/03 29/set/03
1/out
/03
1
3043 3090 3020 3045 3092 3096 2863 3079 3097 3113
2
2866 3150 3058 3096 3168 3117 3138 3127 3092 3112
3
3017 3000 2949 3044 3037 3040 3032 2844 3039 2869
4
2962 2907 2939 2946 2956 2930 2928 2872 2898 2976
5
3081 2923 2892 2907 2944 2958 3025 2943 2888 2994
6
3089 3157 3080 3166 3141 3177 3120 3075 3138 3145
Soma 18058 18227 17938 18204 18338 18318 18106 17940 18152 18209
139
Tabela A.3 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
Do
ensaio
(20) 2
o
,
Fe/G e
3 A
(21)
UASB,
Fe/G e
7,5 A
(22) 1
o
,
Fe/G e
7,5 A
(26)
UASB,
Fe/G
e 5A
(27) 3
o
,
Fe/G e
10 A
(28) UASB,
Fe/G e
10 A
(29) 1
o
,
Fe/G,
10A e
pH9
Condição
Do
ensaio
(21)
UASB,
Al/G e
10 A
(23) UASB,
Al/G e
7,5 A
(24)
UASB, G
e 5 A
(25) 2
o
,
Al/G e
10 A
(27) 3
o
,
Al/G e
10 A
(29) 1
o
, G,
7,5 A
e pH9
Data 3/out/03
6/out
/03
8/out
/03 14/out/03 15/out/03 17/out/03
20/out
/03
22/out
/03 27/out/03 29/out/03
1
3041 3012 3049 3025 3084 3061 3036 3092 3013 3075
2
3080 3085 3094 3064 3178 3083 3037 3137 3129 3166
3
2927 2860 2861 2845 2909 2880 2913 2851 2912 2869
4
2913 2948 2885 2879 2924 2885 2943 2881 2873 2906
5
2979 3012 3033 3014 3014 3043 2952 2959 2984 3008
6
3160 3074 3153 3132 3177 3155 3076 3083 3099 3105
Soma 18100 17991 18075 17959 18286 18107 17957 18003 18010 18129
140
Tabela A.4 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
Do ensaio
(30)
UASB,
Fe/G e
pH9
(31) 2
o
.
Fe/G e
10 A
(32) 3
o
,
Fe/G,
15 A e
pH9
(34) 2
o
,
Fe/G,
15 A e
pH9
(35) 3
o
,
Fe/G,
10 A e
pH9
(45) 2
o
,
Fe/G e
10 A
(38) 3
o
,
Fe/G e
7,5 A
(39) UASB,
Fe/G e
10 A
Condição
Do ensaio
(30)
UASB,
Al/G e
10 A
(31) 2
o
,
Al/G,
15 A e
pH9
(32) 3
o
,
Al/G,
15 A e
pH9
(33) 1
o
,
Al/G,
15 A
e pH9
(34) 2
o
,
G,
15 A
e pH9
(36) 1
o
,
Al/G e
10 A
(37) 1
o
,
Al/G e
10 A
(38) 3
o
,
Al/G e
7,5 A
(39) UASB,
Al/G e
10 A
Data
3/nov
/03
5/nov
/03
7/nov
/03
11/nov
/03
13/nov
/03
17/nov
/03
19/nov
/03
29/jan
/04
30/jan
/04 2/fev/04
1
3016 3032 3070 3037 3049 3106 3139 3112 3107 3085
2
3074 3146 3157 3135 3084 3085 3190 3163 3182 3161
3
3018 2905 2944 2924 2911 2895 2896 2941 3075 3035
4
2886 2942 2918 2951 2977 2872 2985 2964 2989 2937
5
3017 2974 3032 3004 3018 3012 3078 3051 2952 2867
6
3073 3165 3167 3093 3170 3158 3123 3187 3188 3092
Soma 18084 18164 18288 18144 18209 18128 18411 18418 18493 18177
141
Tabela A.5 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
Do ensaio
(40) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(41) 3
o
,
Fe/G e
10 A
(42) 2
o
,
Fe/G e
10 A
(43)
UASB,
Fe/G e
5 A
(44) 1
o
,
Fe/G e
5 A
(45) 2
o
,
Fe/G e
5 A
(46) 3
o
,
Fe/G e
5 A
(47) 3
o
,
Fe/G e
1,5 A
(48) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(49) 1
o
,
Fe/G,
10 A e
pH9
(50) 1
o
,
Fe/G,
10 A e
pH11
(51) 3
o
,
Fe/G,
10 A e
pH11
Condição
Do ensaio
(40) 1
o
,
Al/G e
10 A
Data
4/fev
/04
5/fev
/04
6/fev
/04
8/fev
/04
10/fev
/04
11/fev
/04
12/fev
/04
19/fev
/04
20/fev
/04
25/fev
/04
26/fev
/04
27/fev
/04
1
3133 3114 3063 3059 3108 3151 3153 3056 3139 3098 3094 3125
2
3162 3114 3142 3170 3190 3193 3190 3073 3166 3106 3146 3163
3
3073 3063 3059 3001 3076 3078 3067 2785 3060 2961 3044 3043
4
2979 2992 2993 2956 3016 3000 3014 2867 2990 2921 2988 2987
5
2943 2922 2940 2949 2980 2953 2966 2917 2955 2856 2921 2942
6
3182 3160 3155 3147 3196 3191 3183 3065 3176 3152 3175 3190
Soma 18472 18365 18352 18282 18566 18566 18573 17995 18486 18094 18368 18450
142
Tabela A.6 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al), ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
Do
ensaio
(52) UASB,
Fe/G,
7,5 A e
pH11
(53) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(54) 2
o
,
Fe/G e
15 A
(55) 1
o
,
Fe/G e
5 A
(56) UASB,
Fe/G e
10 A
(57) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(58)
UASB,
Fe/G e
20 A
(59) 1
o
,
Fe/G e
20 A
(60) UASB,
Al/G e 10 A
Condição
Do
ensaio
(55) 1o,
Al/G e
5 A
(56) UASB,
Al/G e 10A
(57) 1o,
Al/G e 10 A
(58)
UASB,
Al/G e
20 A
(59)
UASB,
Al/G e
20 A
(60) UASB,
Fe/G e 20 A
Data 1/mar/04
2/mar
/04
8/mar
/04
14/07
/04 15/7/04 16/7/04
19/7
/04 21/7/04 22/7/04
1
3019 3113 3021 2999 3122 3123 3078 3098 3108
2
3034 3156 3071 3058 3156 3155 3114 3156 3153
3
3083 3061 2947 2939 3042 3040 3024 3034 3058
4
2952 2966 2939 2865 2972 2980 2953 2944 2975
5
2871 2913 2844 2835 2951 2941 2862 2908 2937
6
3083 3177 3125 3056 3182 3169 3097 3168 3108
Soma 18042 18386 17947 17752 18425 18408 18128 18308 18339
143
APÊNDICE B – MASSAS DOS ELETRODOS DE FERRO
Tabela B.1 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(1) 1
o
,
Fe e
5 A
(2) 3
o
,
Fe e
20 A
(3) 3
o
,
Fe,
15 A e
pH9
(4)
UASB,
Fe,
15 A
(5) 2
o
,
Fe e
20 A
(6) 3
o
,
Fe e
20 A
(7) 2
o
,
Fe e
20 A
(8) 3
o
,
Fe e
15 A
(9) 1
o
,
Fe e
10 A
(10) 2
o
,
Fe e
10 A
(11) 2
o
,
Fe e
5 A
(12) 3
o
,
Fe/G e
10 A
(13) 1
o
,
Fe/G e
10 A
Data
28/jul
/03
31/jul
/03
1/ago
/03
6/ago
/03
8/ago
/03
11/ago
/03
13/ago
/03
14/ago
/03
15/ago
/03
18/ago
/03
18/ago
/03
20/ago
/03
22/ago
/03
1
1643,7 1633 1625 1619 1616 1612 1612 1610 1606 1606 1606 1606 1607
2
1640,5 1629 1620 1617 1613 1601 1594 1586 1583 1581 1581 1579 1576
3
1625,9 1605 1592 1585 1576 1574 1573 1573 1566 1563 1563 1561 1559
4
1657,6 1647 1642 1638 1633 1624 1619 1610 1609 1604 1604 1601 1597
5
1618,5 1593 1586 1580 1572 1566 1563 1560 1554 1552 1552 1550 1544
6
1629,8 1627 1616 1614 1607 1605 1601 1596 1597 1594 1594 1593 1589
Soma 9816 9734 9681 9653 9617 9582 9562 9535 9515 9500 9500 9490 9472
144
Tabela B.2 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(14)
2
o
,
Fe/G e
7,5 A
(15) 2
o
,
Fe/G e
7,5 A
(16)
UASB,
Fe/G e
7,5 A
(17) 3
o
,
Fe/G e
2 A
(18) 2
o
,
Fe/G e
15 A
(19) 3
o
,
Fe /G e
5 A
(20)
UASB,
Fe/G e
7,5 A
(21) 1
o
,
Fe/G
e 3 A
(22)
2
o
,
Fe/G e
3 A
(23)
UASB,
Fe/G e
7,5 A
(24) 1
o
,
Fe/G e
7,5 A
(25)
UASB,
Fe/G e
5A
(26) 3
o
,
Fe/G e
10 A
Data
10/set
/03
15/set
/03
16/set
/03
19/set
/03
22/set
/03
26/set
/03
29/set
/03
1/out
/03
3/out
/03
6/out
/03
8/out
/03
20/out
/03
22/out
/03
1
1608 1606 1608 1607 1608 1606 1607 1607 1605 1605 1605 1605 1603
2
1580 1578 1578 1577 1578 1575 1574 1574 1573 1573 1573 1573 1573
3
1565 1592 1564 1561 1560 1578 1561 1560 1559 1559 1559 1559 1559
4
1599 1592 1590 1588 1588 1584 1583 1582 1582 1581 1582 1582 1582
5
1550 1546 1548 1547 1547 1545 1546 1545 1544 1543 1542 1543 1543
6
1592 1594 1592 1591 1592 1588 1590 1590 1588 1588 1589 1589 1589
Soma 9494 9508 9480 9471 9473 9476 9461 9458 9451 9449 9450 9451 9449
145
Tabela B.3 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(27)
UASB,
Fe/G e
10 A
(28) 1
o
,
Fe/G,
10A e
pH9
(29)
UASB,
Fe/G e
pH9
(30)
2
o
.
Fe/G e
10 A
(31) 3o,
Fe/G,
15 A e
pH9
(32) 2o,
Fe/G,
15 A e
pH9
(33) 3
o
,
Fe/G,
10 A e
pH9
(34) 2
o
Fe e
10 A
(35)
UASB,
Fe e
10 A
(36)
UASB,
Fe e
15 A
(37) 1o,
Fe e
15A
(38) 1o,
Fe e
15 A
(39) 3o,
Fe,
20 A e
pH9
Data
27/out
/03
29/out
/03
3/nov
/03
5/nov
/03
7/nov
/03
13/nov
/03
17/nov
/03
20/nov
/03
24/nov
/03
25/nov
/03
26/nov
/03
28/nov
/03
2/dez
/03
1
1605 1539 1536 1535 1536 1533 1530 1532 1529 1526 1523 1522 1519
2
1572 1572 1574 1566 1562 1561 1558 1559 1542 1531 1521 1519 1515
3
1557 1558 1557 1551 1554 1552 1552 1551 1545 1541 1520 1519 1509
4
1579 1577 1580 1581 1574 1574 1569 1562 1530 1523 1518 1516 1514
5
1541 1605 1603 1602 1601 1598 1598 1596 1586 1583 1578 1577 1569
6
1588 1589 1589 1588 1588 1588 1588 1588 1584 1581 1576 1577 1577
Soma 9442 9440 9439 9423 9415 9406 9395 9388 9316 9285 9236 9230 9203
146
Tabela B.4 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(40) 1
o
,
Fe e
15 A
(41) 2
o
,
Fe e
15 A
(42) 1
o
,
Fe,
15 A e
pH 3
(43) 3
o
,
Fe e
15 A
(44) 1
o
,
Fe e
10 A
(45) 2
o
,
Fe /G
e10 A
(46)
3o,
Fe/G e
7,5 A
(47)
UASB,
Fe/G e
10 A
(48) 1o,
Fe/G e
10 A
(49) 3o,
Fe/G e
10 A
(50) 2o,
Fe/G e
10 A
(51)
UASB,
Fe/G e
5 A
(52) 1o,
Fe/G e
5 A
Data
3/dez
/03
5/dez
/03
9/dez
/03
11/dez
/03
28/jan
/04
29/jan
/04
30/jan
/04
2/fev
/04
4/fev
/04
5/fev
/04
6/fev
/04
8/fev
/04
10/fev
/04
1
1516 1501 1502 1497 1473 1470 1467 1467 1464 1462 1461 1464 1464
2
1513 1491 1477 1468 1468 1463 1460 1460 1457 1452 1448 1449 1448
3
1505 1491 1488 1477 1455 1450 1448 1452 1446 1445 1444 1447 1448
4
1511 1556 1548 1532 1532 1524 1520 1520 1518 1512 1507 1507 1504
5
1565 1484 1474 1463 1470 1466 1463 1465 1461 1457 1457 1460 1460
6
1574 1567 1565 1562 1567 1565 1566 1565 1565 1564 1563 1567 1565
Soma 9184 9090 9054 8999 8965 8938 8924 8929 8911 8892 8880 8894 8889
147
Tabela B.5 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(53) 2o,
Fe/G e 5 A
(54) 3o,
Fe/G e
5 A
(55) 3o,
Fe/G e
1,5 A
(56) 1o,
Fe/G e
10 A
(57) 1o,
Fe/G, 10
A e pH9
(58) 1o,
Fe/G, 10 A e
pH11
(59) 3o,
Fe/G, 10 A
e pH11
(60) UASB,
Fe/G, 7,5 A e
pH11
Data 11/fev/04 12/fev/04 19/fev/04 20/fev/04 25/fev/04 26/fev/04 27/fev/04 1/mar/04
1
1465 1463 1464 1464 1506 1504 1495 1494
2
1447 1443 1448 1448 1446 1443 1441 1442
3
1448 1447 1448 1448 1422 1411 1409 1408
4
1503 1502 1504 1504 1461 1452 1450 1452
5
1460 1437 1462 1462 1434 1427 1423 1423
6
1565 1564 1568 1568 1570 1567 1570 1574
Soma 8888 8856 8894 8894 8839 8804 8788 8793
148
Tabela B.6 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(61) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(62) 2
o
,
Fe/G e
15 A
(63) 1
o
,
Fe/G e
5 A
(64) UASB,
Fe/G e 10 A
(65) 1
o
,
Fe/G e
10 A
(66) UASB,
Fe/G e 20 A
(67) 1o,
Fe/G e 20 A
(68) UASB, Al/G
e 10 A; e Fe/G e
20 A
Data 2/mar/04 8/mar/04 14/7/04 15/7/04 16/7/04 19/7/04 21/7/04 22/7/04
1
1493 1495 1496 1496 1486 1491 1494 1474
2
1440 1434 1429 1430 1423 1423 1417 1404
3
1407 1408 1410 1411 1403 1407 1403 1360
4
1450 1442 1435 1435 1430 1426 1424 1417
5
1421 1422 1425 1425 1417 1421 1421 1397
6
1573 1573 1581 1582 1576 1579 1579 1572
Soma 8784 8774 8776 8779 8735 8747 8738 8624
149
APÊNDICE C – MASSAS DOS ELETRODOS DE ALUMÍNIO
Tabela C.1 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(1) 2
o
,
Al e
7,5 A
(2) 2o,
Al e
5 A
(3) 3o,
Al, 5 A
e pH9
(4) 1o,
Al,
10 A e
pH9
(5) 2o,
Al/G e
10 A
(6) 2o,
Al e
20 A
(7) 3o,
Al e
20 A
(8) 1o,
Al e
10 A
(9) 2o,
Al e
10 A
(10) 3o,
Al e
10 A
(11) 1o,
Al e
4 A
(12)
UASB,
Al e
10 A
(13)
UASB,
Al e
5 A
Data
29/jul
/03
30/jul
/03
1/ago
/03
4/ago
/03
6/ago
/03
8/ago
/03
11/ago
/03
12/ago
/03
13/ago
/03
14/ago
/03
15/ago
/03
16/ago
/03
17/ago
/03
1
549,12 548,22 548,14 546,55 546,05 545,98 543,24 541,21 540,3 539,52 538,79 538,39 538,02
2
552,33 551,58 550,81 548,21 547,41 546,63 543,56 539,9 538,33 536,28 534 533,92 531,63
3
546,5 545,45 545,35 541,52 540,59 540,13 536,14 532,38 529,63 527,97 526,68 526,3 525,88
4
556,72 555,85 554,35 552,31 551,9 550,79 547,3 544,68 543,15 540,84 539,1 538,65 535
5
540,03 538,47 537,46 534,65 533,44 533,02 529,26 525,69 522,53 520,55 519,01 518,68 516,32
6
551,19 550,63 550,06 549,51 548,9 548,6 547,15 545,91 544,95 543,67 542,63 542,3 541,74
Soma 3295,89 3290,2 3286,2 3272,7 3268,2 3265,2 3246,6 3229,8 3218,9 3208,83 3200,21 3198,24 3188,6
150
Tabela C.2 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(14) 2o,
Al e
15 A
(15) 1o,
Al,
4A e
pH9
(16) 3o,
Al/G e
10 A
(17) 3o,
Al/G e
10A
(18) 2o,
Al/G e
10 A
(19) 3o,
Al/G e
7,5 A
(20) 1o,
Al/G e
20 A
(21) 2o,
Al/G e
10 A
(22) 3o,
Al/G,
10 A e
pH9
(23) 1o,
Al/G e
1,5 A
(24) 2o,
Al/G e
1,5 A
(25)
UASB,
Al/G e
2A
(26) 1o,
Al/G e
7,5 A
Data
18/ago
/03
19/ago
/03
20/ago
/03
26/ago
/03
29/ago
/03
1/set
/03
3/set
/03
5/set
/03
8/set
/03
10/set
/03
15/set
/03
16/set
/03
18/set
/03
1
538,15 537,92 537,8 537,62 537,27 536,59 536,18 535,05 534,84 534,65 534,67 537,88 534,74
2
531,18 532,39 531,78 531,13 529,66 529,01 528,16 527,33 526 525,62 525,02 525 525,37
3
525,53 525,28 525,08 525,37 524,2 523,67 523,09 521,9 520,9 520,65 520 520,4 522,68
4
534,56 537,5 536,75 534,34 534,57 533,79 533,06 532,05 531,08 530,45 529,99 529,6 529,58
5
515,45 518,5 518,01 515,65 515,49 514,67 514,22 512,88 512 511,72 511,35 511,4 511,26
6
540,25 541,6 541,28 540,34 540,29 539,99 539,52 539,01 538,4 538,3 537,97 538,28 538,06
Soma 3185,1 3193,2 3190,7 3184,5 3181,5 3177,7 3174,2 3168,2 3163,2 3161,39 3159 3162,6 3161,7
151
Tabela C.3 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(27) 3o,
Al/G e
5 A
(28) 2o,
Al/G e
15 A
(29)
UASB,
Al/G e
7,5 A
(30) 1o,
Al/G e
5 A
(31) 2o,
Al/G e
2A
(32)
UASB,
Al/G e
10 A
(33)
UASB,
Al/G e
7,5 A
(34) 2o,
Al/G e
10 A
(35)
UASB,
Al e
7,5 A
(36) 3o,
Al/G e
10 A
(37) 1o,
Al e
15 A
(38) 1o,
Al/G,
10 A e
pH9
(39)
UASB,
Al/G e
10 A
Data
19/set
/03
22/set
/03
29/set
/03
1/out
/03
2/out
/03
6/out
/03
14/out
/03
17/out
/03
20/out
/03
22/out
/03
26/set
/03
29/out
/03
3/nov
/03
1
534,06 534,17 533,7 535,43 532,9 533,25 533,9 532,79 532,18 532,08 533,37 533,6 532,61
2
524,11 523,1 522,17 521,72 521,6 521,3 520,4 519,56 519,65 518,8 522,67 517,51 517,36
3
519,3 518,19 517,01 516,31 516,17 515,75 516,9 516,25 516,39 515,38 516,7 517,2 516,9
4
529,15 528,3 527,13 526,73 526,36 526,41 525,88 525 524,9 524,12 527,54 524,37 523,14
5
510,63 509,92 508,26 507,7 507,51 507,74 508,5 507 506,2 506,8 508,2 507,87 508,1
6
537,67 537,35 536,76 536,34 536,4 536,57 536,38 535,73 535,25 533,89 536,76 534,66 534,16
Soma 3154,9 3151,0 3145,0 3144,2 3140,9 3141,0 3141,9 3136,3 3134,6 3131,1 3145,2 3135,2 3132,27
152
Tabela C.4- Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(40) 2o,
Al/G,
15 A e
pH9
(41) 3o,
Al/G,
15 A e
pH9
(42) 1o,
Al/G,
15 A e
pH9
(43) 2o,
Al/G,
15 A e
pH9
(44) 3o,
Al,
15 A e
pH9
(45) 1o,
Al/G e
10 A
(46) 2o,
Al e
10 A
(47) 3o,
Al,
10 A e
pH9
(48)
UASB,
Al e
15 A
(49)
UASB,
Al e
20 A
(50) 1o,
Al e
15 A
(51) 2o,
Al e
20 A
(52) 3o,
Al, 20 A
e pH9
Data
5/nov
/03
7/nov
/03
11/nov
/03
13/nov
/03
17/nov
/03
19/nov
/03
20/nov
/03
21/nov
/03
24/nov
/03
25/nov
/03
26/nov
/03
28/nov
/03
2/dez
/03
1
533,47 533,74 531,61 530,9 530,34 530,2 530,67 530,54 527,5 526,05 525,27 523,9 522,28
2
517,45 515,72 514,13 513,7 511,91 511,77 511,09 510,75 504,68 501,83 498,77 495,35 491,31
3
516,96 517,8 515,24 514,62 504,8 513,56 514,01 513,27 511,64 509,7 507,87 505,06 502,51
4
522,85 522,59 520,26 520,43 519,57 518,96 518,13 516,98 514,39 511,96 509,71 506,1 501,89
5
508,6 506,91 505,88 505,28 504,88 503,62 503,51 503,2 498,94 496,26 498,37 491,15 486,79
6
533,77 533,61 532,68 532,48 532,19 531,37 531,63 530,4 527,86 526,74 525,82 524,11 522,55
Soma 3133,1 3130,4 3119,8 3117,4 3103,7 3109,5 3109,0 3105,1 3085,0 3072,5 3065,81 3045,67 3027,33
153
Tabela C.5- Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição
do ensaio
(53) 1o,
Al, 20 A
e pH9
(54) 2o,
Al, 20 A
e pH9
(55) 1o,
Al, 18 A
e pH3
(56) 3o,
Al, 20 A
e pH2,7
(57) 1o,
Al/G e
10 A
(58) 2o,
Al/G e
7,5 A
(59) 3o,
Al/G e
7,5 A
(60)
UASB,
Al/G e
10 A
(61) 1o,
Al/G e
10 A
Data 3/dez/03 5/dez/03 9/dez/03 11/dez/03 28/jan/04 29/jan/04 30/jan/04 2/fev/04 4/fev/04
1
521,33 518,19 515,2 513,8 513,75 515,8 512,63 512,69 512,25
2
490,87 483,74 479,75 475,71 472,73 471,45 470,51 470,03 469,68
3
501,01 493,74 490,09 487,18 484,38 488,7 482,57 482,31 480,85
4
500,8 495,61 492,3 488,5 483,84 485,85 482,87 482,22 481,84
5
485,65 478,95 474,91 471,28 468,98 471,8 466,88 467,03 465,43
6
521,15 518,7 515,11 515,55 514,35 513,9 514,06 513,71 513,44
Soma 3020,81 2988,93 2967,36 2952,02 2938,03 2947,5 2929,52 2927,99 2923,49
154
Tabela C.6 - Massas dos eletrodos de alumínio no tratamento eletrolítico de efluentes dos decantadores primário (1
o
)
e secundário (2
o
), do tratamento terciário (3
o
) e do reator UASB, com eletrodos de alumínio (Al) e grafite (G),
e corrente elétrica em ampère (A).
Condição do
ensaio
(62) 1o, Al/G e
5 A
(63) UASB,
Al/G e 10A
(64) 1o, Al/G e
10 A
(65) UASB,
Al/G e 20 A
(66) 1o, Al/G e
20 A
Data 14/7/2004 15/7/2004 16/7/2004 19/7/2004 21/7/2004
1
507,72 507,13 506,64 507,38 506,49
2
458,48 457,22 457,75 454,91 453,84
3
472,64 471,43 472,4 470,9 469,43
4
471,81 471,43 471,3 470,28 469,15
5
455,24 453,7 454,01 453,18 452,81
6
507,83 507,33 507,26 507,16 506,33
Soma 2873,72 2868,24 2869,36 2863,81 2858,05
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