Lorgio Gilberto Valdiviezo Gonzales
O efeito de diferentes eletrodos metalicos naeletrocoagulacao de efluentes oleosos
Dissertacao de Mestrado
Dissertacao apresentada como requisito parcial para obtencao dograu de Mestre pelo Programa de Pos–graduacao em EngenhariaMetalurgica do Departamento de Ciencia dos Materiais e Met-alurgia da PUC-Rio
Orientador: Prof. Mauricio Leonardo Torem
Rio de JaneiroAgosto de 2008
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Lorgio Gilberto Valdiviezo Gonzales
O efeito de diferentes eletrodos metalicos naeletrocoagulacao de efluentes oleosos
Dissertacao apresentada como requisito parcial para obtencao dograu de Mestre pelo Programa de Pos–graduacao em EngenhariaMetalurgica do Departamento de Ciencia dos Materiais e Met-alurgia do Centro Tecnico Cientıfico da PUC-Rio. Aprovada pelaComissao examinadora abaixo assinada.
Prof. Mauricio Leonardo ToremOrientador
Departamento de Ciencia dos Materiais e Metalurgia —PUC-Rio
Prof. Roberto Jose de CarvalhoDepartamento de Ciencia dos Materiais e Metalurgia - PUC-Rio
Prof. Achilles Junqueira bourdot DutraUniversidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Prof. Jose Eugenio LealCoordenador Setorial do Centro Tecnico Cientıfico — PUC-Rio
Rio de Janeiro, 12 de Agosto de 2008
Todos os direitos reservados. E proibida a reproducao totalou parcial do trabalho sem autorizacao da universidade, doautor e do orientador.
Lorgio Gilberto Valdiviezo Gonzales
Graduou-se em Engenharia Metalurgica pela UNT (Univer-sidade Nacional de Trujillo) em 2003. Cursou Mestrado emEngenharia Metalurgica no DCMM/PUC-Rio em 2008.
Ficha CatalograficaValdiviezo Gonzales, Lorgio Gilberto
O efeito de diferentes eletrodos metalicos na eletroco-agulacao de efluentes oleosos / Lorgio Gilberto ValdiviezoGonzales; orientador: Mauricio Leonardo Torem. — Rio deJaneiro : PUC-Rio, Departamento de Ciencia dos Materiais eMetalurgia, 2008.
v., 116 f: il. ; 30 cm
1. Dissertacao (mestrado) - Pontifıcia UniversidadeCatolica do Rio de Janeiro, Departamento de Ciencia dos Ma-teriais e Metalurgia.
Inclui referencias bibliograficas.
1. Ciencia dos Materiais e Metalurgia – Tese. 2. Eletroco-agulacao. 3. Efluentes oleosos. 4. Anodos Al-Fe. 5. RemocaoDQO, Turbidez. I. Torem, Mauricio Leonardo. II. PontifıciaUniversidade Catolica do Rio de Janeiro. Departamento deCiencia dos Materiais e Metalurgia. III. Tıtulo.
CDD: 669
Dedico este trabalho aos meus pais e irmao.
Agradecimentos
A Deus pelo amparo e oportunidades.
Ao professor Maurıcio Leonardo Torem , pela sua valorosa orientacao e
dedicacao, para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos membros da Comissao Examinadora Roberto de Carvalho, e Achilles
Bourdot, que aceitaram revisar o trabalho, agregando-lhe valor.
Aos Professores e colegas da PUC-Rio pelas ensenhanzas e ajuda.
Ao Brasil, pela oportunidade do mestrado e por fazer minha estadia,
cheia de Boas lembrancas, obrigado por tudo.
A Patricia, Mariana, Rafaela e Abiatar pela amizade.
A minha mae e irmao : Augusta Gonzales Lopez e Juan Carlos Valdiviezo
Gonzales, pela constante valorizacao e incentivo ao estudo e ao conhecimento.
A meu Pai, sempre presente nas minhas lembrancas.
Por fim, a Jaime, Epifanio e Luis Renato, aqueles que sempre ficaram
por perto nos momentos de alegria e tristeza; amigos e irmaos. LATEX.
Resumo
Valdiviezo Gonzales, Lorgio Gilberto; Torem, Mauricio Leonardo. Oefeito de diferentes eletrodos metalicos na eletrocoagulacao deefluentes oleosos. Rio de Janeiro, 2008. 116p. Dissertacao de Mestrado— Departamento de Ciencia dos Materiais e Metalurgia, PontifıciaUniversidade Catolica do Rio de Janeiro.
No presente trabalho, foi avaliado num modo sistematico o processo de
eletrocoagulacao (EC) usando eletrodos de alumınio e ferro como material
de anodo e aco inoxidavel como material de catodo, operando com diferentes
parametros tais como: concentracao inicial do oleo, distanciamento entre os
eletrodos, relacao area-volume (SA/V) e densidade de corrente. A reducao
da demanda quımica de oxigenio (DQO) e turbidez foram as principais
variaveis respostas analisadas. Os ensaios foram feitos em batelada com um
efluente sintetico (5,1 litros) e com agitacao magnetica (150 rpm). A densidade
de corrente e a relacao SA/V foram os parametros com maior influencia
no processo. O aumento deles reduz notoriamente o tempo de tratamento.
Os resultados mostraram que a eletrocoagulacao, para os dois tipos de
materiais (Fe/Al), conseguem uma excelente reducao da DQO e da turbidez
nas seguintes condicoes experimentais: densidade de corrente, 9,4 mA/cm2,
distanciamento entre os eletrodos, 10 mm, relacao area-volume(SA/V), 30,35
m2/m3 e 30 minutos de operacao.
Eficiencias de reducao de 99% e 98,3% foram alcancadas para a DQO e a
turbidez com anodos de alumınio. Do mesmo modo 94,8% da DQO e 98,5%
da turbidez para o caso do ferro foi reduzido do efluente sintetico. O processo
de eletrocoagulacao, operando nessas condicoes envolve um custo total de 7,1
R$/m3 e 5 R$/m3 por metro cubico para alumınio e ferro, respectivamente.
Estes custos so incluem custo de energia e consumo dos eletrodos. A borra
produzida foi de 2,23 kg/m3 para alumınio e 2,76 kg/m3 para o ferro.
Finalmente, o consumo de energia foi de 4,15 kWh/m3 e 3,72 kWh/m3 para
alumınio e ferro, respectivamente. Um tratamento de eletrocoagulacao para
um efluente oleoso sintetico foi satisfatoriamente implementado do ponto de
vista da reducao destes parametros.
Palavras–chaveEletrocoagulacao. Efluentes oleosos. Anodos Al-Fe. Remocao DQO,
Turbidez.
Abstract
Valdiviezo Gonzales, Lorgio Gilberto; Torem, Mauricio Leonardo. Theeffect of different metallic electrodes on the electrocoagulationof oily wastewater. Rio de Janeiro, 2008. 116p. MsC Thesis — Depar-tamento de Ciencia dos Materiais e Metalurgia, Pontifıcia UniversidadeCatolica do Rio de Janeiro.
In the present work, electrocoagulation process (EC) with aluminum
and iron as materials for anode and stainless steel as cathode, under different
operational parameters, such as: initial concentration of oil, distance between
electrodes, area-volume relation (SA/V) and current density, were examined in
a systematic manner. Chemical oxygen demand (COD) and turbidity removals
were selected as a performance criteria. Tests were carried out batch-wise in an
electrochemical cell (5.1 liter) with synthetic wastewater and with magnetic
stirring (150 rpm); the current density and SA/V relation were found to be
the most significant parameters, an increase of theses notably reduces the
electrocoagulation required time for the treatment. The results have shown
that electrocoagulation, using both kind of materials (Fe/Al), successfully
removes the COD and turbidity in experimental conditions such as: the current
density, 9.4 mA/cm2, distance between electrodes, 10 mm; SA/V relation,
30.35 m2/m3 and 30 minutes of operation .
Removal efficiencies over 99% and 98.3% were measured for COD and tur-
bidity, using anodes of aluminum. Likewise 94.8% of COD and 98.5% of tur-
bidity were removed from synthetic wastewater, using anode of iron. Electro-
coagulation process operated under theses conditions involves a total cost of
7.1 R$/m3 for aluminum and 5 R$/m3 for iron per meter cubic of treated
wastewater. These costs only include energy cost and electrode consumptions.
The sludge produced after electrocoagulation treatment was 2.23 kg/m3 for
aluminum and 2.76 kg/m3 for iron, and the power requirements were 4.15
kWh/m3 and 3.72 kWh/m3 for aluminum and iron. An electrocoagulation
treatment of a synthetic wastewater was successfully implemented from re-
moval efficiency point of view.
KeywordsElectrocoagulation. Oily water. Anode Al-Fe. Removal COD, tur-
bidity.
Sumario
1 Introducao 16
2 Efluentes oleosos e principais tratamentos 192.1 Emulsao 192.2 Efluentes oleosos e principais parametros de caracterizacao. 202.3 Tratamentos tradicionais nos efluentes oleosos 222.4 Tratamentos nao tradicionais nos efluentes oleosos 232.4.1 Tratamentos Eletrolıticos 242.5 Eletrocoagulacao, (EC) 242.5.1 Comparacao entre Coagulacao e Eletrocoagulacao 252.6 Processos hıbridos 27
3 Fundamentos da Eletrocoagulacao 293.1 Principais Parametros na Eletrocoagulacao 293.1.1 Densidade de Corrente 323.1.2 Material de Eletrodo 333.1.3 Consumo de Eletrodos 403.1.4 Arranjo de eletrodos 413.1.5 pH 433.1.6 Distancia entre os eletrodos 433.1.7 Condutividade eletrica do efluente 443.2 Projeto e operacao do reator de Eletrocoagulacao 46
4 Materiais e Metodos 494.1 Preparacao do efluente sintetico 494.1.1 Materiais e equipamentos 494.2 Analise da estabilidade da emulsao 504.3 Desenho da Celula 504.4 Desenho, arranjo e tipo de material dos eletrodos 514.5 Decapagem dos eletrodos 534.6 Procedimento experimental 534.7 Analise da Demanda Quımica de Oxigenio e Turbidez 57
5 Resultados e Discussao 585.1 Efeito da Densidade de Corrente Eletrica 585.1.1 Anodos de Alumınio 595.1.2 Anodos de Ferro 625.2 Consumo de Energia 665.3 Efeito da distancia dos eletrodos 675.3.1 Anodos de Alumınio 675.3.2 Anodos de Ferro 705.3.3 Efeito da distancia entre os eletrodos no consumo de energia 745.4 Efeito da concentracao inicial de oleo 745.4.1 Anodos de Alumınio 76
5.4.2 Anodos de Fe 785.5 Efeito da densidade de corrente eletrica na mudanca de pH 815.5.1 Anodos de Alumınio 825.5.2 Anodos de Ferro 845.6 Efeito da relacao Area-Volume, SA/V 865.6.1 Anodos de Alumınio 865.6.2 Anodos de Ferro 875.7 Consumo de Eletrodos 895.7.1 Consumo Teorico 895.7.2 Consumo Experimental 905.8 Geracao de borra 925.9 Melhores parametros 935.9.1 Anodos de Alumınio 935.9.2 Anodos de Ferro 955.10 Efeito da geometria dos eletrodos 985.11 Custo de operacao 100
6 Conclusoes e Recomendacoes 102
7 Referencias Bibliograficas 104
Sumario das notacoes 111
A Metodo de determinacao de demanda quımica de oxigeneo (DQO)(Metodo Hatch [80]) 113
A.1 Interferencias: 113A.2 Material necessario: 113A.3 reagentes necessarios 114A.4 Preparacao de Reagentes 114A.4.1 Solucao padrao de ftalato acido de potassio: 114A.4.2 Solucao digestora para a faixa de DQO 0 - 1000 mg/L 114A.4.3 Solucao catalıtica 115A.5 Procedimento 115
Lista de figuras
2.1 Tıpica representacao da emulsao. 202.2 Formacao de Micela. 202.3 Principais Fenomenos na Eletrocoagulacao 262.4 A eletrocoagulacao dentro dos Processos hıbridos, [44] 28
3.1 Mudanca na concentracao de Al3+, H+ e OH− perto do anodo.[48] 313.2 Mudanca da concentracao de ions H+ e OH− perto do catodo.[48] 313.3 Diagrama de distribuicao para Al-H2O considerando so especies
mononucleares [53]. 353.4 Diagrama de Pourbaix para Al-H2O, 25 ◦C 363.5 Diagrama de Pourbaix para Fe-H2O [3]. 403.6 Diagrama logC-pH para Fe-H2O 413.7 Arranjo de eletrodos, a) Sistema monopolar em paralelo, b)Sistema
monopolar em serie, c)Sistema bipolar em serie. 423.8 Classificacao dos reatores de eletrocoagulacao [53]. 48
4.1 Celula de Eletrocoagulacao 514.2 Desenho dos eletrodos perfurados de alumınio, ferro e aco inoxidavel 524.3 Arranjo de eletrodos a) sistema monopolar em paralelo com quatro
eletrodos b)sistema monopolar em paralelo com seis eletrodos 564.4 Unidade experimental de Eletrocoagulacao (1) Fonte de tensao
(corrente contınua), (2) Celula eletrolıtica, (3) Agitador magnetico,(4) multımetro 56
5.1 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]=1g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de Al, 4 eletrodos, de= 5 mm. 60
5.2 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, Anodos de Al, 6 eletrodos, de= 5 mm. 61
5.3 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de Al, 4 eletrodos, de= 5 mm. 61
5.4 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, Anodos de Al 6 eletrodos, de= 5 mm. 62
5.5 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de ferro, 4 eletrodos, de = 5 mm 63
5.6 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]=1 g/l; anodos de ferro, 6 eletrodos; de= 5 mm. 64
5.7 Efeito da Densidade de corrente na eficiencia de reducao da Tur-bidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l,[NaCl]= 1 g/l, Anodos de ferro, 4 eletrodos, de= 5 mm. 65
5.8 Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]=1 g/l; Anodos de ferro; 6 eletrodos; de= 5 mm. 65
5.9 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, 4 eletrodos de Al, δ= 9,4 mA/cm2 69
5.10 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo; [surfatante]= 1 g/l, [oleo]=1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, Anodos de Al, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 . 69
5.11 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodos de Al, 4 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 70
5.12 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodos de Al; 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2. 71
5.13 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo:[surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de ferro 4 eletrodos ; δ= 9,4 mA/cm2 72
5.14 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo:[surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1g/l; Anodos de ferro, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 73
5.15 Efeito da distancia dos eletrodos(Fe) na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l,[NaCl]=1 g/l, anodos de Fe, 4 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 73
5.16 Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5g/l, [NaCl]=1 g/l, Anodos de ferro; 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 74
5.17 Distancia entre os eletrodos versus consumo de energia ;[surfa-tante]=1g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos de alumınio;6 eletrodos ; δ= 9,4 mA/cm2 75
5.18 Distancia entre os eletrodos versus consumo de energia ;[surfa-tante]=1g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]=1 g/l; Anodos de ferro; 6eletrodos ; δ = 9,4 mA/cm2 75
5.19 Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;Anodos de Al; 4 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2; 77
5.20 Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;Anodos de Al, 6 eletrodos, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2 77
5.21 Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [NaCl]= 1 g/l,Anodos de Al; 4 eletrodos, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2 78
5.22 Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;Anodos de Al; 6 eletrodos ; de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2 79
5.23 Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; 4eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 80
5.24 Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;Anodos de Fe; 6 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 80
5.25 Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daTurbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;4 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 (Fe) 81
5.26 Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l;6 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 (Fe) 82
5.27 Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l, Anodos de Al, 4 eletrodos, de= 5 mm. 83
5.28 Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodo de Al; 6 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4mA/cm2. 84
5.29 Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodo de Ferro; 4 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4mA/cm2 85
5.30 Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodos de Ferro; 6 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4mA/cm2 86
5.31 Efeito da relacao SA/V na eficiencia de reducao da DQO e turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; de= 10mm; δ= 9,4 mA/cm2; Anodos de Al 88
5.32 Efeito da Relacao SA/V na eficiencia de reducao da DQO e turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; de= 10mm; δ= 9,4 mA/cm2; Anodos de ferro 89
5.33 Consumo do material de anodo 925.34 Borra com anodos de alumınio. 935.35 Borra com anodos de Ferro. 945.36 Melhores parametros na reducao de DQO e turbidez: [surfatante]=
1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2;3 anodos de Al. 95
5.37 Melhores Parametros na Remocao de DQO e turbidez: [surfa-tante]= 1 g/l; [NaCl]=1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; de= 10 mm; δ=9,4 mA/cm2; 3 anodos de Fe. 96
5.38 Efluente filtrado depois do tratamento (Al e Fe). 975.39 Consumo de Energia e voltagem versus Tempo sob os melhores
parametros. 985.40 Efeito da geometria dos eletrodos, [surfatante]= 1 g/l, [NaCl]=1
g/l, [oleo]= 1,5 g/l, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2, CF= eletrodosperfurados, SF= Nao perfurados. 99
A.1 Tıpica curva obtida com a solucao padrao de ftalato acido de potassio116
Lista de tabelas
2.1 Densidades dos principais oleos presentes numa emulsao, emgr/cm3 23
3.1 Principais diferencas nos reatores de batelada e contınuos. [53] 473.2 Parametro SA/V otimos, encontrados por diversos pesquisadores
[53]. 48
4.1 Estabilidade das emulsoes em relacao ao potencial zeta [71]. 504.2 Experiencias realizadas para cada tipo de material de anodo testado 55
5.1 Turbidez e DQO obtida a diferentes concentracoes de oleo. 585.2 Experiencias com anodos de Al, avaliando o efeito da densidade de
corrente na eficiencia de reducao da DQO e turbidez. 595.3 Resumo de experiencias com eletrodos de ferro, avaliando o efeito
da densidade de corrente na eficiencia da reducao da DQO e turbidez 635.4 Consumo de energia usando anodos de alumınio, t= 60 min,
de = 5mm 675.5 Consumo de energia usando anodos de Fe, nas distintas densidades;
em 60 min de operacao. 685.6 Experiencias com anodos de Al avaliando a distancia entre os
eletrodos 685.7 Resumo de experiencias com eletrodos de Fe avaliando a distancia
entre os eletrodos 715.8 Resumo de experiencias eletrodos de Al avaliando a Concentracao
inicial do oleo 765.9 Resumo de experiencias eletrodos de Fe avaliando a concentracao
inicial do oleo 795.10 Comportamento do pH para as diferentes densidades de corrente
(eletrodos de Alumınio) 835.11 Comportamento do pH para as diferentes densidades de corrente
usando anodos de ferro 855.12 Resumo de experiencias com eletrodos de Al, avaliando a relacao
SA/V para 60 minutos de operacao 875.13 Alumınio dissolvido em 30 minutos de operacao comparado com a
relacao SA/V. 875.14 Resumo de experiencias com eletrodos de Fe avaliando a Relacao
SA/V em 60 minutos de operacao 875.15 Ferro dissolvido para as distintas relacoes de SA/V testadas 885.16 Dissolucao teorica dos anodos ate 30 minutos de operacao 905.17 Alumınio dissolvido, medido experimentalmente, ate 30 minutos de
operacao 915.18 Ferro dissolvido ate 30 minutos de operacao para o uso de tres
anodos; 9,4 mA/cm2 ,de= 10 mm. 915.19 Experiencia com os melhores parametros, usando anodos de A; δ=
9,4 mA/cm2; de = 10; 60 min. 94
5.20 Experiencia com os melhores parametros, usando anodos de Fe, e6 eletrodos; δ= 9,4 mA/cm2; de = 10; 60 min. 96
5.21 avaliacao da geometria dos eletrodos, com e sem orifıcios, usandoanodos de Al, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2, de = 10; 60 min. 99
Bom mesmo e ir a luta com determinacao,abracar a vida e viver com paixao, perder comclasse e vencer com ousadia, porque o mundopertence a quem se atreve ...... e a vida emuito para ser insignificante.
Charles Spencer, Chaplin, .
1Introducao
De todos os problemas ambientais, a contaminacao das aguas e uma das
consequencias mais devastadoras. Seja por despejos domesticos ou industriais,
gera graves problemas a qualidade de vida e saude das populacoes. Os efluentes
industriais sao muito mais perigosos do que os domesticos porque contem altas
concentracoes de materia organica e substancias toxicas.
Para se ter uma ideia da dimensao da importancia da questao ambiental
em outros paıses do mundo, estima-se que, nos Estados Unidos, o setor
petrolıfero precisara investir cerca de 160 bilhoes de dolares em meio ambiente
nos proximos vinte anos a fim de atender a uma legislacao ambiental muito
mais exigente do que a adotada atualmente no Brasil [1]. A poluicao das
aguas por oleos representa um elevado percentual nos problemas gerados por
contaminantes organicos. Estes compostos concentrados na agua sao uma fonte
nutritiva que conduz aos aumentos das populacoes de microorganismos como
bacterias e fungos. Este aumento populacional provoca um consumo elevado
do oxigenio dissolvido, criando dificuldades a vida de outras populacoes, como
os crustaceos, moluscos e peixes, os quais se tornam perigosos para o homem,
pois tem a capacidade de acumular fracoes cancinogenicas nos tecidos, que
transmitem para o homem pela alimentacao.
As aguas oleosas sao geradas principalmente na industria petroquımica,
alimentıcia, e cadeia produtiva de metais, alem de outros, sendo a primeira a
mais significativa nos processos de extracao de petroleo em alto mar [2].
Oleos e graxas podem estar presentes na agua oleosa em duas formas
distintas: livres ou emulsionadas. O oleo livre e aquele que corresponde a
uma fase visivelmente distinta da fase aquosa, isto e, ele nao se mistura com
agua, e pela sua densidade aparece flutuando na superfıcie, ou como gotıculas
em suspensao, sendo facilmente identificavel na agua oleosa: de uma maneira
simples, o oleo livre e aquele que voce e capaz de ver na agua.
Para que exista emulsao, sao necessarias duas condicoes: i) deve haver dis-
persao mecanica de oleo na agua, e vice-versa, com a introducao de minusculas
gotıculas (10µm -100µm ) de uma fase no interior da outra ii) o meio deve con-
ter algum agente quımico que seja capaz de estabilizar essas gotıculas de uma
Capıtulo 1. Introducao 17
fase no interior da outra fase, impedindo a sua coalescencia; esses compos-
tos sao chamados apropriadamente surfatantes, o que literalmente quer dizer
“agentes que atuam na superfıcie”, uma vez que a sua acao tem lugar nas
interfaces (superfıcies) entre as fases agua e oleo. Na pratica, ha presenca de
oleo emulsionado, sendo o oleo livre a parcela que se encontra em excesso.
Para o cumprimento das legislacoes ambientais nao basta simplesmente
retirar o oleo que esta presente na forma livre, sendo necessaria tambem a
remocao da quase totalidade do oleo que esta presente na forma de emulsao.
A separacao do oleo livre e, em geral, um processo exclusivamente fısico, e
nao apresenta maiores complexidades. O oleo que se encontra emulsionado, no
entanto, e muito mais difıcil de ser separado da agua. Esta microscopicamente
disperso no meio, e cada gotıcula de oleo se encontra altamente estabilizada
junto a agua devido a presenca das impurezas surfatantes. Em um sistema
desse tipo, apenas o emprego de equipamentos de separacao gravitacional
(decantadores ou flotadores sem auxilio de produtos quımicos), estejam eles
equipados ou nao com placas, lamelas ou colmeias hidrofobicas coalescentes,
nao surte qualquer efeito apreciavel sobre a remocao do oleo presente na agua
oleosa. Para promover a separacao do oleo que se encontra emulsionado e
fundamental que se tenha no processo uma etapa inicial de desestabilizacao da
emulsao.
Em geral, diferentes processos tem sido descritos na literatura para o
tratamento desses efluentes, mas o mais frequentemente usado e a desesta-
bilizacao quımica (coagulacao convencional), desestabilizacao eletroquımica
(eletrocoagulacao) e a ultrafiltracao. Os processos biologicos, menos custosos,
sao raramente usados, ja que esses efluentes usualmente contem biocidas. A
destilacao torna-se uma alternativa atrativa quando o efluente e altamente
poluıdo com compostos soluveis que nao podem ser removidos por outras
tecnicas, devido ao alto custo operacional [3].
Frente as exigencias cada vez mais rigorosas dos orgaos reguladores am-
bientais, o enquadramento da agua oleosa gerada em diversas atividades in-
dustriais constitui atualmente um dos maiores desafios das industrias e presta-
doras de servicos que atuam nos mais variados ramos de atividade. O processo
de tratamento fısico-quımico requer a adicao de reagentes quımicos, gerando
grande quantidade de borra, necessitando o desenvolvimento de tecnicas ino-
vadoras e efetivas para o tratamento destes efluentes. A eletrocoagulacao con-
siste numa boa alternativa para o tratamento de aguas oleosas, esteja o oleo
livre ou emulsionado, garantindo o cumprimento das exigencias ambientais e
muitas vezes permitindo o reuso da agua.
No presente trabalho, tem-se uma abordagem nao so no estudo da
Capıtulo 1. Introducao 18
eletrocoagulacao com a utilizacao de anodos de ferro e de alumınio (e Aco
inoxidavel 316, como catodo) aplicado ao tratamento dos efluentes oleosos
(emulsao sintetica), tambem na validacao deste processo, como uma alternativa
viavel no tratamento deste tipo de efluentes. Assim os objetivos do presente
trabalho sao:
Objetivo Geral
1. Estudo do comportamento do processo de eletrocoagulacao em batelada,
em relacao aos seguintes parametros: concentracao inicial do oleo, densi-
dade de corrente, diferentes materiais de eletrodo, distancia entre eletro-
dos e relacao area-volume (SA/V).
Objetivos Especıficos
1. Avaliar o processo de eletrocoagulacao, no que diz respeito a reducao da
DQO e turbidez.
2. Calculo do consumo de eletrodos, do consumo de energia eletrica e
quantidade de borra produzida.
3. Estimativa do custo operacional do processo de eletrocoagulacao, no
estudo, considerando-se apenas o desgaste dos eletrodos de alumınio e
ferro e do consumo de energia eletrica.
2Efluentes oleosos e principais tratamentos
Agua oleosa e um termo generico usado para descrever todas as aguas
que apresentam quantidades variaveis de oleos e de graxas, alem de uma
variedade de outros materiais em suspensao, que podem incluir areia, terra,
argila e outros, e uma gama de substancias coloidais e dissolvidas, tais como:
detergentes, sais, metais pesados, etc. Para que sejam atendidos os padroes
ambientais de descarte e/ou as caracterısticas necessarias para o reuso da agua,
o tratamento de uma agua oleosa pode se tornar uma operacao complexa e
dependente de processos altamente eficientes.
O termo oleo e graxas (OG) aplica-se a grande variedade de substancias
organicas que sao extraıdas das solucoes ou suspensoes aquosas por hexano
ou triclorofluoretano (Freon). Hidrocarbonetos, esteres, oleo, gorduras, ceras e
acidos organicos de cadeia longa sao os principais materiais que sao dissolvidos
por esses solventes. Classificam-se juntamente aos oleos e graxas algumas
substancias denominadas solidos flutuantes ou escuma e outros materiais cuja
densidade e inferior a da agua [4].
2.1Emulsao
Uma emulsao e uma dispersao de um lıquido imiscıvel dentro de outro
atraves do uso de um reagente quımico que reduz a tensao interfacial entre os
dois lıquidos para alcancar a estabilidade. Comumente, este reagente consiste
em uma molecula anfifılica que contem grupos hidrofobicos e hidrofılicos. No
caso de emulsoes de oleo na agua (O/W), o reagente e frequentemente um oleo
mineral. Como resultado da adsorcao deste reagente, as gotıculas de oleo tem
uma carga neta na superfıcie, a qual causa forcas de repulsao entre elas. Essas
forcas de repulsao entre as gotas produzem a estabilidade da emulsao. Como
consequencia do pequeno tamanho das gotıculas, se produz uma dispersao delas
no sistema. Macroscopicamente a emulsao parece ser um lıquido homogeneo,
mesmo que a mistura seja realmente um sistema heterogeneo [5]. Por sua vez,
uma emulsao e composta por inumeras micelas, que sao as unidades basicas
que compoem esse sistema.
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 20
A propriedade fısica mais importante de uma emulsao e provavelmente
sua estabilidade. O tempo necessario para ocorrer a separacao de fases (desesta-
bilizacao) varia de poucos segundos ate varios anos, dependendo da formulacao
da emulsao e das condicoes de preparacao da mesma. Para preparar emulsoes
razoavelmente estaveis e necessaria presenca de um terceiro componente - um
agente emulsionante [6]. Por sua vez, o agente emulsionante deve possuir uma
regiao hidrofobica, isto e, uma regiao apolar, (hidrocarbonetos que apresenta
repulsao pela agua e atracao pelo oleo), e uma regiao hidrofobica (uma funcao
organica ionica que, ao contrario, apresenta atracao pela agua e repulsao pelo
oleo), de forma que a mesma seja capaz de formar uma ponte estavel entre as
fases oleo (apolar) e agua (polar), unindo-as de forma ıntima e estavel. Nas
figuras 2.1 e 2.2 mostram-se a formacao da emulsao (estabilidade do sistema
agua- oleo), e a formacao da micela (direita) o qual e essencial no processo de
estabilizacao.
Figura 2.1: Tıpica representacaoda emulsao. Figura 2.2: Formacao de Micela.
Quando se pensa em separar o oleo presente em uma agua oleosa e
importante lembrar que nao basta retirar apenas o oleo livre, uma vez que
tambem e indispensavel a remocao do oleo que esta emulsionado no meio. O
tratamento usual para estes poluentes e a desestabilizacao quımica seguido de
uma reacao de precipitacao, chamado de coagulacao convencional. Este metodo
gera uma grande quantidade de lodo e problemas de disposicao [7].
2.2Efluentes oleosos e principais parametros de caracterizacao.
Von Sperling [8] cita que a qualidade da agua quımica pode ser definida
por meio dos seguintes parametros: pH, alcalinidade, acidez, dureza, ferro e
manganes, cloretos, fosforo, oxigenio dissolvido, materia organica e microp-
oluentes organicos, porem a capacidade da agua transmitir doencas pode ser
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 21
avaliada de forma indireta, por meio de organismos indicadores de contam-
inacao fecal, pertencentes ao grupo de coliformes.
De acordo com o CONAMA N ◦20/Art.21, o teor de oleos e graxas em
efluentes nao deve exceder 20 mg/l.
A seguir, serao apresentados uma breve descricao dos parametros que
serao avaliados neste trabalho, tais como: Turbidez, DQO e Potencial de
hidrogeneo.
A turbidez representa o grau de interferencia com a passagem da luz
atraves da agua, conferindo uma aparencia turva a mesma. Unidade usual de
medida: NTU (unidade de turbidez nefelometrica). Nas aguas residuais indus-
triais, e um parametro indicativo com relacao ao material coloidal presente.
Nos esgotos domesticos, a turbidez nao e usada como forma de controle do es-
goto bruto, mas pode ser medida para caracterizar a eficiencia do tratamento
secundario, uma vez que pode ser relacionada a concentracao dos solidos em
suspensao [9].
A demanda quımica de oxigenio (DQO) pode ser definida como a
quantidade de oxigenio requerida para a oxidacao da materia organica presente
num efluente, atraves de um agente quımico. A DQO mede o consumo de
oxigenio ocorrido durante a oxidacao quımica da materia organica. O valor
obtido e uma indicacao indireta do teor de materia organica presente. Essa
oxidacao obtida e uma indicacao a partir de um oxidante forte (dicromato
de potassio) em meio acido (H2SO4), sendo resultado final desta oxidacao o
dioxido de carbono e a agua. Braile & Cavalcanti [10] citam que a quantidade
da materia organica obtida por meio da DQO e sobremaneira importante,
pois determina os despejos que contenham substancias toxicas a vida. Mesmo
que a DQO nao seja um componente especıfico, ele e considerado um poluente
convencional e tem sido amplamente usado por muitas agencias reguladoras no
mundo para medir a eficiencia no tratamento de aguas; e tambem um indicador
do grau de poluicao no efluente e no impacto das descargas destes nos corpos
de agua.
O pH indica o carater acido ou basico dos efluentes. Nos tratamentos de
efluentes o pH e um parametro para o controle do processo [11].
Segundo Tchobanoglous et al. [12], a faixa de concentracao adequada para
a existencia de vida e muito estreita, tipicamente entre 6 e 9. Concentracoes
fora da faixa determinada de ıon H+ sao difıceis de serem tratados por metodos
biologicos.
Os organismos aquaticos estao adaptados a condicoes de naturalidade.
Caso ocorra alteracoes bruscas do pH de uma agua, pode acarretar o desa-
parecimento dos seres presentes na mesma [13].
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 22
2.3Tratamentos tradicionais nos efluentes oleosos
Existem diversos tipos de tratamento que geralmente sao classifica-
dos como primarios, secundarios e terciarios ou de polimento. O tratamento
primario consiste no uso de separadores gravitacionais. O tratamento se-
cundario ou intermediario engloba os processos de neutralizacao, coagulacao
quımica seguida por sedimentacao, e tambem os processos de filtracao e
flotacao. O tratamento terciario ou final pode ser de natureza quımica, fısica
ou biologica. Nesta categoria incluem-se o uso de lodos ativados, lagoas aer-
adas, filtros biologicos, lagoas de estabilizacao, torres de oxidacao, filtracao,
adsorcao em carvao ativo e osmose reversa [1].
Para o caso mais geral as aguas oleosas contem oleo livre e oleo emulsion-
ado; o processo de tratamento da agua oleosa usualmente deve compreender:
os metodos fısicos e tratamentos fısico - quımicos.
Os metodos fısicos incluem esquentamento, centrifugacao, filtracao, ultra-
filtracao e processos de membranas. A ultrafiltracao e processos de membranas
tem sido ativamente usados [14, 15]. Estes processos sao baseados no fluxo das
moleculas e partıculas maiores aos poros delas.
Apesar da decantacao ainda ser o processo de separacao mais difundida
nos metodos fısicos, ela vem perdendo rapidamente a sua importancia uma
vez que nao atende aos requisitos ambientais de separacao da parcela de oleo
emulsionado, sendo recomendada apenas para a separacao da parcela de oleo
livre. Na decantacao, a agua oleosa e recolhida em um tanque, onde as fases
da agua e do oleo ficam em repouso, ou pelo menos sem agitacao, durante
o tempo necessario para que elas sejam completamente separadas apenas
pela acao da forca da gravidade. O oleo, por ser mais leve do que a agua
se acumula na superfıcie, enquanto a fase aquosa mais pesada decanta ao
fundo do equipamento. A velocidade do processo de separacao e diretamente
proporcional a diferenca entre as densidades do oleo e da agua. Para referencia,
a tabela 2.1, apresenta as densidades relativas da agua e de alguns oleos
usualmente presentes numa emulsao.
Ja no caso do tratamento fısico-quımico, Como citado anteriormente, as
etapas de quebra da emulsao e de coagulacao/floculacao das gotıculas de oleo
sao promovidas pela adicao a agua de um agente quımico cujas caracterısticas
especıficas dependem do tipo de oleo que esta sendo tratado e do surfatante que
existe no meio. Este agente que pode ser um eletrolito cationico ou anionico,
composto por sais ou por substancias organicas polivalentes, atua deslocando e
anulando eletricamente as moleculas de surfatante que estao junto a superfıcie
da gotıcula de oleo, deixando o caminho livre para a formacao de uma fase
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 23
Tabela 2.1: Densidades dos principais oleos presentes numa emulsao, emgr/cm3
Componente Densidade Componente Densidade
Agua 1,00 Petroleo 0,87
Oleo Vegetal 0,93 Querosene 0,87
Oleo Mineral 0,91 Benzina 0,74Parafina 0,89 Gasolina 0,73
de oleo livre (alguns agentes quımicos vao ainda alem, promovendo tambem
a aglutinacao de varias gotıculas de oleo). Mesmo que outros coagulantes
estejam em desenvolvimento, sais ferricos e de alumınio sao ainda os mais
usados como agentes de desestabilizacao. Uma vez que as fases oleo e agua
estejam estratificadas, resta apenas a separacao de uma fase da outra. Para o
oleo livre, essa separacao pode ser feita atraves de processos de decantacao,
hidrociclonacao, centrifugacao ou flotacao, os quais se baseiam na diferenca
entre as densidades das fases.
Na flotacao adiciona-se a agua oleosa uma grande quantidade de
minusculas bolhas de um gas (geralmente ar), dos quais, pela natureza
hidrofobica do oleo, se aderem as gotıculas de oleo de forma firme e estavel.
Com isso, acontece a formacao de um sistema oleo-gas com densidade muito
inferior a da agua, independente de ter havido a adicao de um agente quımico
para desestabilizar a emulsao. Como aqui a velocidade de separacao tambem e
diretamente proporcional a diferenca entre as densidades das fases, o sistema
oleo-gas formado tende a se deslocar para a superfıcie do lıquido com muito
mais rapidez e eficiencia, onde se acumula e de onde pode ser removido com
facilidade.
2.4Tratamentos nao tradicionais nos efluentes oleosos
Muitos trabalhos foram feitos com o objetivo de desenvolver novos
processos para o tratamento destes efluentes, seguido da descoberta de novos
materiais tais como resinas polimericas [16], e o uso de argilas adsorventes [17];
neste contexto os tratamentos eletrolıticos, tambem tem sido aplicados para o
tratamento das aguas oleosas.
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 24
2.4.1Tratamentos Eletrolıticos
Varios sao os nomes associados aos processos eletrolıticos sendo
eletroflotacao, eletrofloculacao, eletrodecantacao e eletrocoagulacao os mais
frequentemente encontrados.
Tecnicamente, trata-se de um sistema em que ha aplicacao de uma
diferenca de potencial entre um conjunto de placas (eletrodos) dispostas
paralelamente e intercaladas, que se encontram completamente submersas no
efluente a ser tratado.
Processos eletroquımicos para o tratamento de efluentes sao descritos na
literatura desde 1903; atraves dos anos, sistemas na escala piloto foram con-
struıdos e testados na industria [18]. Desde essa data os metodos eletroquımicos
para a desemulsificacao de efluentes foram centro de pesquisa e de desenvolvi-
mento [19–22].
Em geral, a eletrodeposicao e efetiva para a recuperacao de metais
pesados, e a coagulacao eletroquımica e ampliamente aplicavel para remocao
de ıons, cations e anions, e desemulsificacao; a eletroflotacao compreende a
geracao eletrolıtica de bolhas que se pode usar para a remocao de efluentes,
tais como, lodos e partıculas finas, e leva-las para o topo da solucao. Assim, no
processo de coagulacao quımica, e comum a adicao de sais de metal hidrolisado
(de Fe+3 ou Al+3) enquanto que na eletrocoagulacao envolve a geracao in situ
de coagulantes, pela oxidacao eletrolıtica dos anodos (ferro ou alumınio) [3].
2.5Eletrocoagulacao, (EC)
A eletrocoagulacao vem ressurgindo como uma alternativa bastante
promissoria no tratamento de efluentes provenientes de diversos setores da
cadeia produtiva, tais como esgoto [23], agua subterranea [24], metal pesado
[25], radioativo [26], alimentos [27], petroquımica [28, 29], textil [30], restau-
rante [31], lavanderias [32] e industria de papel e celulose [33, 34].
Todos os reatores da eletrocoagulacao sao celulas eletroquımicas; tais
reatores consistem em um arranjo de eletrodos em contato com agua poluıda,
o qual requer a aplicacao de um diferencial de potencial atraves dos eletrodos
para a producao in situ de coagulante. Os requerimentos de potencial podem
ser deduzidos desde os reatores de meia celula que acontecem em cada eletrodo.
Muitas pesquisas sobre desenho e arranjo de eletrodos foram reportados:
eletrodos bipolares de alumınio [35], eletrodos de malhas [36], eletrodos de aneis
de aco bipolares [37], assim como platos simples de eletrodos [35, 38, 39]. Varios
tipos de materiais foram reportados tais como alumınio, ferro, Aco inoxidavel e
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 25
platina. O material usado determina o tipo de coagulante produzido. A Teoria
da eletrocoagulacao foi discutida por varios autores; e geralmente aceitado que
o processo de EC envolve tres estagios sucessivos:
1. Formacao de coagulante pela oxidacao eletrolıtica dos anodos de sac-
rifıcio.
2. Desestabilizacao dos poluentes, partıculas suspensas, e quebra de
emulsoes.
3. Agregacao da fase estabilizada para formar floculos.
Os mecanismos de desestabilizacao dos contaminantes, partıculas sus-
pensas e quebra de emulsoes e descrito por varias etapas e podem-se resumir:
1. Compreensao da dupla camada eletrica que rodeia as especies carregadas,
a qual e conseguida pelas interacoes dos ıons gerados na dissolucao dos
eletrodos de sacrifıcio, devido a passagem de corrente atraves da solucao.
2. A neutralizacao de cargas das especies ionicas presentes na solucao e
causada pelos contra-ıons produzidos na dissolucao eletroquımica dos
eletrodos de sacrifıcio. Estes contra-ıons reduzem a repulsao eletrostatica
interpartıcula, de maneira que predominam as forcas atrativas de Van der
Waals, provocando a coagulacao.
3. Formacao de floculos, o qual forma um lodo cobertor que se junta as
partıculas coloidais que nao foram complexadas.
Na figura 2.3 mostra-se a complexidade na eletrocoagulacao e os princi-
pais fenomenos que acontecem no processo, tais como: flotacao, coagulacao e
precipitacao.
2.5.1Comparacao entre Coagulacao e Eletrocoagulacao
A eletrocoagulacao tem sido comparada com a coagulacao quımica,
ressaltando principalmente sua eficiencia e vantagens. Na dosagem quımica,
o coagulante e agregado como um sal que se dissocia na solucao, como cations
de alumınio ou ferro hidrolisados, (e associacao de anions), determinando a
especiacao da solucao e pH, assim, adicao de sulfato de alumınio acidifica
a solucao. Contrariamente o alumınio gerado pela eletrocoagulacao nao tem
a associacao de sais ionicos e, portanto, se obtem um pH estabilizado na
faixa alcalina [40]. Alguns pesquisadores tem dito que os mecanismos de
coagulacao na dosagem quımica e eletroquımica sao muito similares, mas ainda
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 26
Figura 2.3: Principais Fenomenos na Eletrocoagulacao
nao se tem evidencia experimental que respalde esta afirmacao. Canizares
et al. [3] fizeram uma comparacao na especiacao destas duas tecnologias
para processos contınuos e nao contınuos, mostrando que para processos
contınuos basicamente se obtem a mesma especiacao e possui diferencas mais
significativas para os processos nao contınuos .
As principais vantagens apresentadas por este sistema (EC) e que justi-
ficam as pesquisas nesta area, sao [41]:
1. Pequenas partıculas coloidais carregadas podem ser removidas, uma vez
que elas podem se deslizar com maior facilidade do que as outras de maior
tamanho num campo eletrico, o que facilita a coagulacao; alem disso essa
movimentacao evita a necessidade da agitacao mecanica o qual (se fosse
nao controlavel) poderia destruir os precipitados ja formados.
2. A quantidade de quımicos requeridos e muito menor (1/10).
3. Pequenas quantidades de lodos sao produzidos devido ao maior conteudo
de solidos secos; por exemplo, a adicao convencional de cloreto ferrico
seguida de oxido de calcio ou hidroxido de sodio, que produz ate 30 litros
de lodo por cada litro de oleo removido. Nesse caso o lodo produzido
no processo eletrolıtico e mais hidrofobico, o qual deixa resıduos mais
compactos, e com menor tempo de decantacao.
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 27
4. A remocao da materia organica (inclusive organicos nao biodegradaveis)
e mais efetiva, facilitando o tratamento biologico.
5. A dosagem de coagulante, assim como o requerimento de sobrepotenciais,
podem ser facilmente calculados e controlados.
6. O processo e viavel para pequenas estacoes de tratamento de aguas.
7. E observado um aumento do pH, o qual permite a remocao de ıons de
metais pesados por precipitacao de hidroxidos, ou pela adsorcao dentro
dos floculos ou precipitados.
8. Usualmente o controle de pH nao e necessario.
9. Altas eficiencia de corrente (90%), podem se alcancar em sistemas bem
projetados.
10. Se requer menor tempo de contato.
11. O custo de operacao e muito menor comparado com a maioria das
tecnologias convencionais .
2.6Processos hıbridos
Algumas vezes e necessario o uso de dois ou mais metodos de tratamento,
processos hıbridos, para assegurar a eficiencia no tratamento das aguas resid-
uais. A tecnologia da EC pode ser realizada dentro de sistemas de tratamento
de aguas incluindo separacao de membranas, osmose reversa, eletrofiltracao,
separacao de lodos, termo oxidacao e outras tecnologias convencionais para
conseguir a recuperacao de partıculas finas e ıons metalicos desde os efluentes.
Pouet & Grasmick [42] reportaram o uso da EC com a Flotacao por Ar Dis-
solvido (FAD) para o tratamento de aguas residuais urbanas. O tratamento de
aguas residuais da industria textil, combinando oxidacao eletroquımica, coag-
ulacao e lodos ativados foi reportado por Lin & Peng [43].
McKay Creek Technologies Ltd [44], desenvolveu e patenteou um pro-
cesso para o tratamento industrial de efluentes. O processo consegue remover
uma boa parte dos contaminantes do efluente. Atualmente se processam 40
litros por minuto na estacao de tratamento localizada no norte de Vancouver,
(Vancouver Shipyards) do efluente oleoso das operacoes marinhas, proveniente
de Washington Marine Group´s, sendo o processo altamente efetivo (figura
2.4).
Capıtulo 2. Efluentes oleosos e principais tratamentos 28
Figura 2.4: A eletrocoagulacao dentro dos Processos hıbridos, [44]
3Fundamentos da Eletrocoagulacao
A Eletrocoagulacao e um processo com multiplos mecanismos operando
sinergeticamente para remover o poluente da agua. Uma variedade de opiniao
existe na literatura sobre os principais mecanismos e configuracoes do reator,
sendo requerida uma aproximacao holıstica para o tratamento da eletrocoag-
ulacao e os parametros controladores [3].
3.1Principais Parametros na Eletrocoagulacao
Muitos estudos foram dirigidos para conseguir a remocao de um poluente
especıfico, manipulacao de parametros tais quais: condutividade, pH, densi-
dade de corrente, materiais dos eletrodos, entre outros, sem a exploracao de
mecanismos fundamentais envolvidos no processo [45], particularmente aqueles
que preveem parametros de projeto para a otimizacao da performance desta
tecnica [46].
No reator de eletrocoagulacao, a taxa de adicao de coagulante e deter-
minada pela cinetica dos eletrodos. As reacoes nos eletrodos sao heterogeneas
e acontecem na regiao interfacial entre os eletrodos e a solucao. Existem gra-
dientes de potencial e concentracao entre a superfıcie do eletrodo e o seio da
solucao. Assim a especie quımica a ser reduzida ou oxidada deve ser trans-
portada desde o seio ate a superfıcie do eletrodo, portanto, nos extremos; as
reacoes quımicas sao limitadas pela transferencia de carga ou transferencia
de massa (processo de transferencia de massa), antes que a transferencia de
eletrons aconteca na superfıcie. Em muitos casos praticos tanto a transferencia
de massa como carga sao relevantes na determinacao da taxa de reacao.
A tensao da eletrolise e fortemente dependente da densidade de corrente,
da condutividade do efluente, da distancia entre os eletrodos e o estado
da superfıcie dos eletrodos. O sobrepotencial e uma medida do grau de
polarizacao, isto e, o desvio do valor de equilıbrio do eletrodo (E0), (equacao
3-1)
η = E − E0 (3-1)
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 30
sendo:
E = potencial suministrado a celula.
E0 = potencial de equilıbrio.
Um modelo envolvendo termos de sobrepotencial de ativacao, sobrepo-
tencial de concentracao e a queda ohmica, pela resistencia da solucao, foi pro-
posto por Vik et al. [38], mas este modelo nao prediz diretamente a voltagem
da eletrolise, ja que contem termos nao conhecidos tais como: sobrepotencial
de ativacao e sobrepotencial de concentracao.
Quando a corrente passa atraves de um reator eletroquımico, tem que
superar a diferenca de potencial de equilıbrio, sobrepotencial no anodo, sobre-
potencial no catodo e queda de potencial ohmico pela solucao. O sobrepotencial
no anodo inclui sobrepotencial de ativacao e sobrepotencial de concentracao,
alem de um possıvel potencial de passivacao, como resultado do filme im-
permeavel na superfıcie do anodo, entretanto, o sobrepotencial no catodo e
principalmente composto de sobrepotencial de ativacao e sobrepotencial de
concentracao. Analises teoricas e experimentais demostraram que o pH da
agua e taxa de fluxo tem pouco efeito na voltagem da eletrolise no processo de
eletrocoagulacao [47].
A equacao abaixo consiste na expressao matematica que traduz as
contribuicoes dos superpotenciais na formacao do potencial entre os eletrodos.
U0 = E0 + ηa,a + ηa,c + ηp,a + |ηc,a|+ |ηc,c|+ de
k.δ (3-2)
sendo:
U0 = Potencial aplicado ao sistema, V.
E0 = potencial de equilıbrio.
ηa,a = sobrepotencial de ativacao no anodo, V.
ηa,c = sobrepotencial de ativacao no catodo, V.
ηp,a = sobrepotencial de passivacao no anodo, V.
|ηc,a| = sobrepotencial de concentracao no anodo, V.
|ηc,c| = sobrepotencial de concentracao no catodo, V.
de = distancia entre os eletrodos, m.
k = condutividade, mho/m.
δ = densidade de corrente, A/m2.
Na figura 3.1 mostra-se a variacao de concentracao dos ıons Al3+, H+
e OH− perto do anodo. A concentracao de H+ e OH− perto do anodo e
relativamente baixa e podem ser desprezados. A corrente total no circuito
e composto principalmente pela migracao e difusao do cation Al3+.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 31
Figura 3.1: Mudanca na concentracao de Al3+, H+ e OH− perto do anodo.[48]
Na figura 3.2 mostra-se a variacao da concentracao de H+ e OH− perto do
catodo, ja que H+ e reduzido para produzir gas hidrogenio, o valor de pH perto
do catodo e alcalino, mesmo que o seio da solucao seja acido. A concentracao
de OH− perto do catodo e maior que H+, assim, a corrente e influenciada pela
difusao e migracao de OH−.
Figura 3.2: Mudanca da concentracao de ions H+ e OH− perto do catodo.[48]
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 32
3.1.1Densidade de Corrente
Este item controla a taxa de producao do agente coagulante, das bolhas
geradas e o tamanho delas.
Pode ser calculado pela equacao:
δ =I
Aanodo
(3-3)
sendo :δ = densidade de corrente, A/m2.
I = corrente eletrica, A.
Aanodo = area total dos anodos, m2.
Um aumento na densidade de corrente promove uma maior dissolucao
dos eletrodos formando assim, uma maior quantidade de agente coagulante e
concomitantemente, maior geracao de gases de hidrogenio e de oxigenio, o que
acarreta no maior transporte do material coagulado. Tambem ha um aumento
mais acentuado no valor do pH [3].
Outro item que e afetado pela densidade de corrente e o diametro
das bolhas, que aumenta a medida que uma maior densidade de corrente
e aplicada no sistema. Tambem se pode esperar, ao trabalhar com valores
maiores de densidade de corrente um desgaste mais rapido do eletrodo e um
maior consumo de energia, acarretando num maior custo de operacao.
Entretanto, valores muitos altos (acima de o valor otimo) nao sao
produtivos para o sistema, pois o excesso na quantidade de bolhas geradas
na celula eletrolıtica conduz a coalescencia entre elas e nao a agregacao com
os contaminantes, reduzindo assim a eficiencia de remocao [49]. O fenomeno
da coalescencia, que e o aumento do tamanho das bolhas por incorporacao das
menores, e favorecida por:
– Presenca de bolhas com diferentes diametros, quando as maiores incor-
poram as menores pela maior velocidade de ascensao das primeiras.
– Agitacao muito violenta, pois isto prejudica a flotacao do efluente.
– Presenca de grandes superfıcies em contato com as fases lıquida/gas, pois
nelas se depositam as microbolhas que coalescem mais facilmente [50].
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 33
3.1.2Material de Eletrodo
Em qualquer processo eletroquımico, o material do eletrodo tem efeito
significativo no tratamento do efluente. Para o tratamento da agua potavel,
ele deve ser atoxico, ter baixo custo e estar facilmente disponıvel [50].
Porem, geralmente o eletrodo de ferro apresenta a desvantagem de o
efluente ficar com uma cor residual verde ou amarela bastante forte, durante
e apos o tratamento. Esta coloracao e proveniente dos ıons Fe2+ (cor verde)
e Fe3+ (cor amarela) gerados no tratamento eletrolıtico. Ja com o eletrodo
de alumınio, o efluente final fica claro e estavel nao apresentando coloracao
residual.
No trabalho apresentado por Kobya et al. [30], quando testados sob as
mesmas condicoes, os resultados para DQO, turbidez e solidos suspensos foram
melhores para eletrodos de alumınio do que para os de ferro. Esta preferencia
tambem foi verificada pelos autores Chen et al. [19]. Entretanto, ao comparar
a remocao do arsenico com eletrodos de ferro e alumınio, Kumar et al. [50]
verificaram que o eletrodo de ferro era melhor, pois este apresentava 99% de
remocao contra 37% para alumınio. Esta diferenca foi atribuıda a capacidade
de adsorcao do Al(OH)3 para As3+ por ser muito menor que a do Fe(OH)3.
O alumınio e o anodo de sacrifıcio mais frequentemente usado num reator
de eletrocoagulacao. O cation de alumınio pode atuar de varias maneiras
(dependendo das propriedades do poluente, pH e concentracao da solucao),
podendo interagir diretamente com o poluente, hidrolisar para formar um
complexo hidroxi-alumınio ou formar precipitado. Assim a especiacao do cation
e vital para a compreensao do todo o processo .
E sabido que no processo da Eletrocoagulacao as principais reacoes que
acontecem no eletrodo de alumınio durante a eletrolise sao:
Anodo
Al → Al3+aq + 3e− (3-4)
Catodo2H2O + 2e− → H2 + 2OH− (3-5)
De acordo com muitos autores [19, 46, 51, 52] quando o potencial de
anodo e suficientemente alto, as reacoes secundarias podem acontecer, gerando
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 34
oxigenio (reacao 3-6).
2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (3-6)
Os ıons de alumınio (Al3+) produzidos por dissolucao eletrolıtica no
anodo (equacao 3-4) tem imediatamente reacoes espontaneas de hidrolise,
gerando varias especies monomericas de acordo com a seguinte sequencia (As
moleculas coordenadas de agua foram omitidas ).
Al3+ + H2O → Al(OH)2+ + H+ (3-7)
Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)+2 + H+ (3-8)
Al(OH)+2 + H2O → Al(OH)3 + H+ (3-9)
Reacoes de hidrolise (reacoes 3-7 ate 3-9) fazem a vizinhanca de anodo
acida, contrariamente a geracao de hidrogenio no catodo (equacao 3-5) faz
a vizinhanca do catodo alcalina. O produto cationico hidrolisado de alumınio
pode reagir com ıons OH− para converter-se finalmente em amorfos Al(OH)3(s)
de acordo com a cinetica da precipitacao.
A geracao de especies de Al no processo de EC e geralmente explicada em
termos de dois principais mecanismos: neutralizacao de cargas dos coloides neg-
ativamente carregados, por produtos cationicos hidrolisados, e a incorporacao
de impurezas no precipitado amorfo (floculacao por varredura). A importancia
relativa destes mecanismos depende fortemente do pH e da dosagem de coag-
ulante.
Canizares et al. [3] fizeram estudos num processo contınuo de Eletroco-
agulacao, usando eletrodos de alumınio, e observou que fora da faixa de pH 5-9
nao se produz quebra da emulsao e consequentemente nenhuma diminuicao da
DQO, dentro desta faixa se obtem remocao de ate 80%. As especies predomi-
nantes nestas condicoes, (pH = 5-9) sao cations polimericos de hidro-alumınio
(especialmente o tricamer) e o precipitado amorfo de hidroxido de alumınio. A
superfıcie destes ultimos pode estar carregada positiva ou negativamente pela
adsorcao de ıons da solucao.
Fora desta faixa de pH (5-9) as especies que promovem a desestabilizacao,
sao os ıons monomericos de hidroxido-alumınio, que incluem cation tais como:
Al3+, Al(OH)2+, Al(OH)+2 na faixa acida e anion tais como: Al(OH)−4 na faixa
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 35
alcalina ja que a uniao das gotıculas de oleo acontece para mais de uma ao
mesmo tempo (bridging floculation). E claro que isso nao e promovido pelas
especies monomericas e, consequentemente, so cations polimericos de hidroxi-
alumınio ou precipitados carregados, podem promover a quebra da emulsao.
Cada especie ionica monomerica de alumınio pode atuar so para uma gotıcula.
Entretanto, o tamanho dos poros polimericos e especialmente dos precipitados
podem atuar sobre mais de uma gotıcula.
As especies de alumınio presentes durante a faixa de pH sao apresentadas
na figura 3.3 e e chamado de diagrama de distribuicao das especies de alumınio
presentes durante a hidrolise, a qual e dependente da concentracao total de
alumınio e pH.
Figura 3.3: Diagrama de distribuicao para Al-H2O considerando so especiesmononucleares [53].
O diagrama de Pourbaix para o alumınio e apresentado na figura 3.4
feito no HSC, e e importante na determinacao da regiao de predominancia das
especies presentes.
Por outro lado, para o caso de os eletrodos serem de ferro, a oxidacao
produz hidroxido de ferro, e sao propostos dois mecanismos para a producao
deste hidroxido metalico [54].
Mecanismo 1.
Anodo.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 36
Figura 3.4: Diagrama de Pourbaix para Al-H2O, 25 ◦C
4Fe(s) → 4Fe2+(aq) + 8e− (3-10)
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e− (3-11)
A especie gerada e o oxigenio dissolvido na solucao reagem para formar
o Fe(OH)3.
4Fe2+(aq) + 10H2O(l) + O2 → 4Fe(OH)3(s) + 8H+
(aq) (3-12)
nFe(OH)3(s) → Fen(OH)3n (3-13)
Catodo
8H+(aq) + 8e− → 4H2(g) (3-14)
2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH−(aq) (3-15)
Global:
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 37
4Fe(s) + 10H2O + O2(g) → 4Fe(OH)3(s) + H2(g) (3-16)
Mecanismo 2
Anodo
Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e− (3-17)
Fe2+(aq) + 2OH−
(aq) → Fe(OH)2(s) (3-18)
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e− (3-19)
nFe(OH)2(s) → Fen(OH)2n (3-20)
Catodo
2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH−(aq) (3-21)
Global
Fe(s) + 2H2O → Fe(OH)2(s) + H2(g) (3-22)
Os ıons Fe3+ podem sofrer hidrolise e, dependendo do pH da solucao,
as especies Fe(OH)2+, Fe(OH)+2 , Fe(OH)3 podem estar presentes em condicoes
acidas [55]. As reacoes envolvidas sao:
Fe3+(aq) + H2O(l) → Fe(OH)2+
(aq) + H+ (3-23)
Fe3+(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(aq) + 3H+ (3-24)
Fe3+(aq) + 2H2O(l) → Fe(OH)+
2(aq) + 2H+ (3-25)
Fe3+(aq) + 3H2O(l) → Fe(OH)3(aq) + 3H+ (3-26)
Sob condicoes alcalinas, Fe(OH)−6 e Fe(OH)−4 podem estar presentes [56].
Os diagramas de solubilidade do Fe (II) e do Fe (III) constam na Figura 3.6.
Outra apresentacao das reacoes segundo a faixa de pH e :
Para pH < 4.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 38
Anodo:
Fe → Fe2+ + 2e− (3-27)
Fe → Fe3+ + 3e− (3-28)
Catodo:
2H+ + 2e− → H2(g) (3-29)
A eletroquımica e dependente da termodinamica e cinetica. A eletro-
coagulacao e considerada como um acelerado processo de corrosao. A taxa
de reacao dependera da geracao de H2. Esta reacao acontecera rapido ou
lentamente para valores de pH baixos (acidos fortes). Para um acido fraco a
taxa vai depender do valor de pKa do acido. O Fe2+ e/ou Fe3+ pode reagir
com o anion associado ao acido.
Para 4 < pH < 7
Anodo
Reacoes :3-27 e 3-28
Fe + 6H2O → Fe(H2O)4(OH)2(aq) + 2H+ + 2e− (3-30)
Fe + 6H2O → Fe(H2O)3(OH)3(aq) + 3H+ + 3e− (3-31)
Inicia a precipitacao do hidroxido de Fe (III) (floculos de cor amarelo)
Fe(H2O)3(OH)3(aq) → Fe(H2O)3(OH)3(aq) (3-32)
Ferrugem tambem pode formar.
2Fe(H2O)3(OH)3 → Fe2O3(H2O)6 (3-33)
Catodo:
Reacao 3-29
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 39
2H+ + 2e− → H2(g) (3-34)
Tem-se maior geracao de hidrogenio mas a [H+] vem da hidrolise do
ferro e do acido fraco.
Para 6 < pH < 9.
Anodo
Reacoes: 3-27 e 3-28.
Continua a precipitacao de hidroxido de Fe(III) e tambem pode acorrer
a precipitacao de Fe(II), apresentando um floculo de cor verde .
Fe(H2O)4(OH)+ + 2e− → H2(g) (3-35)
O pH da mınima solubilidade de Fe(OH)n fica na faixa de 7-8 , os floculos
sao formados pela polimerizacao dos oxihidroxidos de ferro. A formacao de
ferrugem (hidroxidos desidratados) acontece como segue Praga et al. [45]:
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O (3-36)
Fe(OH)2 → FeO + H2O (3-37)
2Fe(OH)3 → Fe(OH)2 + Fe3O4 + 4H2O (3-38)
Fe(OH)3 → FeO(OH) + H2O (3-39)
Catodo.
reacao: 3-29.
Tem-se uma maior geracao de H2, mas o H+ vem da hidrolise de ferro e
acidos fracos.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 40
As reacoes globais sao:
Fe + 6H2O → Fe(H2O)4(OH)2(s) + H2(g) (3-40)
Fe + 6H2O → Fe(H2O)3(OH)3(s) + 3/2H2(g) (3-41)
As condicoes atraves da celula nao sao constantes; as concentracoes das
especies e pH estao mudando. O processo parece acontecer numa regiao paralela
a linha de geracao de hidrogenio e a direcao de mudanca segunda a linha
mostrado no diagrama de Pourbaix, figura 3.5. A predominancia de hidroxidos
de Fe (III) em quase toda a faixa de pH pode-se apreciar no diagrama 3.6 o
qual indica ser a principal especie atuante na remocao do oleo.
Figura 3.5: Diagrama de Pourbaix para Fe-H2O [3].
3.1.3Consumo de Eletrodos
Conforme a Lei de Faraday, que esta intimamente ligada a eletrocoag-
ulacao, a massa do eletrodo consumida esta diretamente relacionada com a
corrente aplicada e e definida matematicamente pela equacao [49, 57]:
mel =I.t.M
F.z(3-42)
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 41
Figura 3.6: Diagrama logC-pH para Fe-H2O
sendo:mele = Quantidade maxima do eletrodo consumida, g.
I = Corrente aplicada, A.
t = Tempo de aplicacao da corrente, s.
M = Massa molar do elemento predominante no eletrodo, g/mol.
z = Numero de eletrons envolvidos na reacao de oxidacao do elemento do anodo.
F = Constante de Faraday, 96,500 C/mol.
Embora esta quantidade calculada seja um valor teorico, geralmente ha
boa concordancia com o valor determinado experimentalmente. Entretanto
podem ser detectados erros se a geometria do conjunto de eletrodos nao for
adequadamente determinada e se o reator nao estiver operando proximo a sua
condicao otima [55].
3.1.4Arranjo de eletrodos
Dentre as varias geometrias possıveis para a configuracao dos eletrodos,
as mais utilizadas sao:
Os eletrodos monopolares conectados em paralelo, como mostra-se na
figura 3.7 (a), os anodos e catodos estao conectados em paralelo, a corrente e
dividida entre todos os eletrodos em relacao a resistencia das celulas individ-
uais. Assim uma baixa diferenca de potencial e requerida numa conexao deste
tipo, quando e comparado com uma conexao em serie.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 42
Figura 3.7: Arranjo de eletrodos, a) Sistema monopolar em paralelo, b)Sistemamonopolar em serie, c)Sistema bipolar em serie.
Nos eletrodos monopolares conectados em serie cada um dos eletrodos
de sacrifıcio e internamente conectado com outro, ja que o voltagem da celula
se soma, figura 3.7 (b).
Os eletrodos bipolares conectados em serie, pode-se ver na figura 3.7 (c),
que este tipo de sistema nao tem conexao eletrica entre os eletrodos. Apenas os
eletrodos externos sao conectados na fonte de tensao. Os eletrodos externos sao
monopolares e os internos sao bipolares. Esta conexao e facil de montar e tem
um menor custo de manutencao durante a operacao, mas a grande distancia
entre os eletrodos de alimentacao de tensao pode produzir uma diminuicao no
fluxo de corrente na solucao. (desviacao nos eletrodos bipolares) [58].
Segundo Hemkemeier [59] & Mollah et al. [55], no arranjo em serie, cuja
resistencia e maior do que no arranjo em paralelo, e necessaria uma maior
diferenca de potencial para uma mesma corrente fluir em todos os eletrodos.
Ja no arranjo em paralelo, a corrente eletrica e dividida entre as placas e
o conjunto dos eletrodos de sacrifıcio, conectando internamente com cada um,
sem que haja contato com eletrodos de fora.
Na pratica, outros fatores alem do consumo especıfico de energia eletrica
podem influenciar na selecao do melhor arranjo de eletrodos, a maior facilidade
de conexao de multiplos eletrodos e conseguida usando uma configuracao
bipolar, especialmente quando separacoes muito pequenas sao requeridas para
minimizar as perdas por potencial ohmico em efluentes de baixa condutividade
[58].
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 43
3.1.5pH
A importancia do pH na reducao da DQO e turbidez ja foi apreciada
por Kobya et al. [30], na qual altas reducoes da DQO sao conseguidas num
meio acido para ambos tipo de eletrodos (Al e Fe). Assim, para altas reducoes
da turbidez, um meio acido e preferıvel para o alumınio; e meio neutro para
o ferro. Conforme explicado por Chen et al. [19] e por Daneshvar et al.
[54] ocorre um aumento do pH quando seu valor inicial e baixo (ate 7).
Entretanto, quando este for superior a 9, a tendencia e de haver uma diminuicao
durante o tratamento. Por apresentar este comportamento, a eletrocoagulacao
e classificada como uma tecnica neutralizadora de pH. Porem, esta conduta
nao tem efeito significativo na eficiencia de remocao dos contaminantes.
A mudanca no pH durante o processo de tratamento depende do pH
inicial da solucao e do tipo de material do eletrodo. Henn [49], mostrou no
caso de eletrodo de alumınio, que quando o pH inicial for inferior a 8, o pH
final e maior que o inicial. E acima deste ponto, o pH final e menor.
Para eletrodos de ferro, o pH final e sempre maior que o inicial, porem,
a diferenca entre eles diminui quando o pH inicial for superior a 8.
3.1.6Distancia entre os eletrodos
A distancia entre os eletrodos e uma variavel importante quando se
deseja otimizar os custos de operacao da unidade. Por isso se recomenda, de
acordo com Rezende & Crespilho [57], quando a condutividade do efluente
for relativamente alta, utilizar maior espacamento entre os eletrodos. Ja em
situacoes de valor moderado, recomenda-se usar um menor afastamento, pois
isto reduzira o consumo de energia sem alterar o grau de separacao, pois neste
caso, a corrente nao seria alterada.
De acordo com Den & Huang [60], ao testar um sistema de tratamento
sob a mesma corrente eletrica, nao houve diferenca de eficiencia de remocao
para diferentes espacamentos entre os eletrodos. Por isso, a distancia entre
eles e considerada apenas como um fator de otimizacao de custos, conforme
explicado no inıcio. Ja os autores Modirshahla et al. [61] afirmaram, no seu
trabalho, que com o aumento da distancia entre os eletrodos, menos interacoes
dos ıons da solucao com o coagulante formado irao ocorrer.
A diferenca de conclusao entre os dois autores citados pode ser atribuıda a
uma possıvel divergencia no valor da condutividade de cada efluente, pois caso
ele tenha sido alto no primeiro trabalho (variacao entre 100 e 140 µS cm−1),
realmente nao haveria alteracao na eficiencia de remocao, pois mesmo com
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 44
uma maior distancia entre os eletrodos, haveria uma condutividade mınima
na solucao que transportaria a corrente. Ja no segundo trabalho, nao houve
citacao do valor da condutividade do efluente. Entretanto, e legitimo supor que
ela tenha sido inferior ao do outro estudo, pois aumentando a distancia entre os
eletrodos, as interacoes diminuıram e nao haveria uma condutividade mınima
para assegurar o transporte da corrente eletrica. Portanto, para que nao haja
diferenca de remocao com a alteracao do espacamento entre os eletrodos, a
solucao tratada deve ter um valor mınimo de condutividade eletrica.
3.1.7Condutividade eletrica do efluente
A condutividade eletrica do efluente e uma variavel que afeta a eficiencia
de corrente, a tensao da celula e o consumo de energia eletrica, alem de ser
importante no momento de otimizar os parametros do sistema, pois um alto
valor de condutividade associado ao pequeno afastamento entre os eletrodos
minimiza o consumo de energia, porem, nao interfere na eficiencia de remocao
dos contaminantes, como indicado no trabalho de Daneshvar et al. [54]. Quando
a condutividade eletrica de um efluente for muito baixa, adiciona-se cloreto de
sodio (NaCl) para que haja aumento do numero de ıons na solucao, porem isto
conduz a oxidacao dos ıons cloreto em gas cloro e em ıons OCl−, que sao um
forte oxidante capaz de oxidar moleculas organicas presentes no efluente. [62]
As reacoes sao [32]:
2Cl−(aq) → Cl2(g) + 2e− (3-43)
Cl2(g) + H2O → HOCl(l) + H+aq + Cl−(aq) (3-44)
HOCl(l) → H+aq + OCl−(aq) (3-45)
De acordo com Gao et al. [63] o consumo de energia nao diminui
significativamente quando a condutividade da solucao for superior a 1,5
mS/cm.
3.1.7.1Passivacao dos Eletrodos
A eletrocoagulacao requer a corrosao do alumınio ou ferro. O equilıbrio
eletroquımico para os sistemas alumınio/ferro - agua ja foram apresentados
nas figuras 3.4 e 3.5, assim as otimas condicoes de corrosao de alumınio/ferro
(condicoes de pH e potencial na qual o alumınio vai para a solucao) sao vistos
nestes diagramas, Eh-pH. Neste contexto a Passivacao reduz o desempenho da
eletrocoagulacao, inibindo a corrosao.
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 45
A Passivacao dos eletrodos de alumınio tem sido amplamente observado e
reconhecido como negativos na eficiencia do reator [64, 65] . A formacao desta
camada inibidora, usualmente um oxido, sobre a superfıcie do eletrodo evita
a dissolucao do metal e a transferencia de eletrons, limitando a presenca de
coagulante na solucao. Quanto maior o tempo, mais a camada de passivacao
aumenta, reduzindo a eficiencia do processo da eletrocoagulacao.
Novikova et al. [64] pesquisaram numerosos metodos para a prevencao
e/ou controle da passivacao, incluindo a mudanca da polaridade nos eletrodos,
a adicao de agentes inibidores e a limpeza hidro-mecanica dos eletrodos,
concluindo que a maior eficiencia foi alcancada com a limpeza periodica dos
eletrodos.
A presenca do ıon cloro na solucao tambem foi reportada decrescer
a passivacao e assim aumentar a eficiencia do processo de remocao. [37,
64, 66–68]. Todos os autores concordam que a corrosao por picadura, por
ıon cloro na superfıcie do metal, e o responsavel do aumento da eficiencia.
Alternativamente, Mameri et al. [35] propuseram um mecanismo da acao do
ıon cloro na reducao da passivacao (camada de oxido sobre o alumınio), como
e mostrado nas equacoes 3-44, 3-45. Jiang [58] fez um estudo sob a Passivacao
e sugeriu que a Passivacao anodica pode ser prevenida usando eletrodos de
polaridade reversıvel, otimizando o desenho do reator e pela presenca de ıons
cloro .
O trabalho de Mouedhen et al. [69] mostra que para quebrar o filme
passivo anodico, e principalmente, reduzir a tensao no processo de eletrocoag-
ulacao, o eletrolito deve conter um mınimo de 60 ppm de ıon Cl−. O mecanismo
exato pelo qual o cloro atua nao e ainda inteiramente compreendido.
Al + 3HCl → AlCl3 + H2 (3-46)
AlCl3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3HCl (3-47)
A corrente direta na tecnologia da EC (DCE) e inerente com a formacao
de uma capa impermeavel de oxido no catodo assim como o desgaste de anodo,
devido a oxidacao. Isso produz perdas na eficiencia na EC. Estas limitacoes
da DCE podem ser minimizadas pela adicao de eletrodos de sacrifıcio em
paralelo na configuracao da celula. Entretanto muitos preferem o uso da
corrente alternada na Eletrocoagulacao (ACE). Acredita-se que a energizacao
cıclica retarda o mecanismo normal de ataque nos eletrodos melhorando
favoravelmente a vida do eletrodo. Alem disso, os campos eletricos no separador
ACE nao produzem transporte eletroforetico das partıculas carregadas devido
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 46
a frequente mudanca da polaridade, induzindo interacoes dipolo-dipolo no
sistema contendo especies carregadas nao esfericas. Consequentemente, campos
eletricos de AC podem quebrar a estabilidade no balance dipolar das estruturas
existentes no sistema, o que nao e possıvel num separador DCE usando campos
eletricos DC [70].
Finalmente, a presenca de certos ıons influencia no processo de co-
agulacao. Neste contexto, os ıons sulfato contrariamente aos ıons monova-
lentes, tais como nitrato, ou cloro promovem marcadamente a precipitacao
de hidroxidos de alumınio pela reducao das cargas dos produtos hidrolisados
de alumınio. Assim, o sulfato atua como catalisador para a precipitacao de
hidroxido de alumınio e para a coagulacao.
3.2Projeto e operacao do reator de Eletrocoagulacao
A literatura nao revela alguma aproximacao sistematica no desenho
e operacao de um reator de Eletrocoagulacao. Os desenhos reportados na
escala de bancada, piloto e industrial, sao reatores isolados dentro de unidades
totalmente integradas nos sistemas de purificacao de aguas. A figura 3.8 resume
uma variedade de reatores e condicoes de operacao. Nao existe um reator de
eletrocoagulacao dominante em uso, como exemplo temos os eletrodos usados
que mudam no que diz respeito a material, desenho e modo de operacao, tais
como eletrodos de pratos simples, de aneis e pellets em camadas compactas. Do
mesmo jeito, a operacao do reator muda enormemente reportando densidades
de corrente na faixa de 0,01 ate 2000 A/m2 [70].
O principal no desenvolvimento de uma tecnologia tem sido, geralmente,
a remocao de um poluente particular e nao a compreensao da eletrocoagulacao
no sentido geral. A maioria das pesquisas e publicacoes estao “centradas no
poluente”, sendo uma solucao para um particular problema, e uma desvan-
tagem ja que o conhecimento e limitado para um caso especıfico. Isto resultou
em uma prova repetida da viabilidade do processo, mas nao conveniente numa
aplicacao geral na remocao de poluentes. O ultimo requer que a eletrocoag-
ulacao seja compreendida por meio de uma aproximacao “centrada cientifica-
mente”.
Os reatores de eletrocoagulacao foram classificados como mostra a figura
3.8. A primeira distincao nos desenhos foi, a operacao do reator no sistema
de batelada ou contınuo; o segundo criterio foi o tipo de (poluente) tecnologia
usada na separacao.
Reatores que ignoram os efeitos da flotacao sao chamados como processos
de coagulacao. Aqueles que integram a flotacao no desenho sao classificados
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 47
Tabela 3.1: Principais diferencas nos reatores de batelada e contınuos. [53]
Batelada ContınuosVolume constante Alimentacao constanteMudanca das concentracoes Concentracoes constantescom o tempo com o tempoEficiencia e dependente Eficiencia e dependentedo tempo do tempo.Operacao dinamica Operacao no estado estacionarioBoa mistura(composicao uniforme) A composicao muda
como processos de coagulacao e flotacao. Se uma separacao adicional nao e
requerida, isto e, a separacao acontece in situ dentro do reator de eletrocoag-
ulacao, as referencias sao citadas na tabela 3.1.
As decisoes de desenho sao resumidas em:
– Operacao de batelada ou contınua.
– Reatores de coagulacao ou coagulacao e flotacao.
A maioria dos reatores de eletrocoagulacao reportados na literatura sao
contınuos, tais reatores tem uma alimentacao de poluente continuo, com o sis-
tema operando com condicoes pseudo estacionarias. A principal desvantagem
de tal sistema e o requerimento fixo de coagulante. O processo de batelada tipi-
camente tem um volume fixo e as concentracoes mudam com o tempo (com o
proceder das reacoes).
Segundo Canizares et al. [3], a desestabilizacao da emulsao O/A e
favorecida na operacao descontınua, devido a adicao mais progressiva do
coagulante, o qual promove a formacao de pequenas partıculas de precipitados
de hidroxi-alumınio carregadas e a formacao de especies ionicas polimericas.
Um parametro de desenho basico pode ser a area superficial do eletrodo
relacionado ao volume do reator (SA/V), o qual e uma medicao superficial do
subministro de coagulante e bolhas ao sistema (numa base volumetrica). A
densidade de corrente, definida como a corrente por unidade ativa do eletrodo
e outro parametro obvio de escalonamento.
Alguns valores reportados na literatura para SA/V e densidade de
corrente sao apresentados na tabela 3.2, [70].
Capıtulo 3. Fundamentos da Eletrocoagulacao 48
Figura 3.8: Classificacao dos reatores de eletrocoagulacao [53].
Tabela 3.2: Parametro SA/V otimos, encontrados por diversos pesquisadores[53].
Referencia Densidade de Corrente(A/m2) SA/VNaneri et al (1998) 5 - 300 6.9 - 34.6Osipenko and Pogorelyi(1977) 3.4 - 27 10,5Holt et al. (2001) 8.3 18.8Amosov et al (1976) 100 30,8Novikova et al (1982) 80 - 130 42,5
4Materiais e Metodos
4.1Preparacao do efluente sintetico
A Preparacao do efluente sintetico foi feita da seguinte maneira:
1. Para 1 litro de agua deionizada foi agregado 1,5; 3; 6; 9 ou 10 g/l de oleo
(lubrificante Shell Talpa 30) .
2. E adicionado tambem, 1 g de oleato de sodio como agente estabilizador
(surfatante), a operacao ocorre sob uma vigorosa agitacao (300 rpm) por
8 horas.
3. Adicionou-se NaCl (1 g/l) como eletrolito de suporte, com o objetivo
de obter uma boa condutividade no efluente; a adicao do NaCl foi lenta
para evitar desestabilizacao da emulsao. A condutividade obtida foi de
2,2 µS/cm x 1000, alem disso foi medido o pH da emulsao.
4.1.1Materiais e equipamentos
Reagentes:
1. Cloreto de sodio NaCl.
2. Dodecil sulfato de sodio (C12H25NaO4S) PM 288,38 g/mol.
3. Agua deionizada.
4. Oleo lubrificante Shell Talpa 30.
Equipamentos Utilizados:
1. Balanca analıtica, Digimed KN500.
2. Medidor de pH Analyser pH 300M.
3. Agitador Mecanico MARCONI mod.-MA148.
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 50
Tabela 4.1: Estabilidade das emulsoes em relacao ao potencial zeta [71].
Caracterısticas de estabilidade Media de PZ em milivoltAglomeracao e precipitacao maxima +3 ate 0Aglomeracao e precipitacao excelente -1 ate -4Aglomeracao e precipitacao boa -5 ate -10Ponto inicial de aglomeracao -11 ate(aglomerados de 2 ate 10 coloides) -20Ligeira estabilidade -21 ate -30Moderada estabilidade -31 ate -40Boa estabilidade -41 ate -50Muito Boa estabilidade -51 ate -60Excelente estabilidade -61 ate -80Maxima estabilidade -81 ate -125
4. Agitador Magnetico FISATOM mod.-752 .
5. Aparelho Zeta Master 3.0+, (usado na analise da estabilidade da emulsao)
4.2Analise da estabilidade da emulsao
A estabilidade da emulsao sintetica foi comprovada com a medicao de
potencial zeta. Segundo referencia literaria, o potencial zeta da emulsao deve
ser superior a -41 mV, para ter uma boa estabilidade [71].
Na tabela 4.1 mostra-se as caracterısticas de estabilidade relacionadas
a medicao de potencial zeta. Baseado nas experiencias (zeta-Meter inc.)
com muitos sistemas floculados e dispersos (particularmente para coloides
hidrofobicos), descrevem-se a relacao entre o potencial zeta (PZ), e as car-
acterısticas de estabilidade.
A estabilidade conseguida na emulsao sintetica foi de -100 mV.
4.3Desenho da Celula
No projeto da celula, deve-se ter em consideracao as interacoes entre as
especies presentes, sendo requerido um contato entre elas para uma efetiva
agregacao. O contato depende da difusao da massa, mecanismos de transporte
e regime do fluido dentro do reator. Dessa forma, a mistura influencia forte-
mente o desempenho e efetividade dos reatores [70]. Assim, o processo sera
realizado sob condicoes de agitacao dentro do reator, permitindo o aumento
na transferencia de massa, reducao da camada de passivacao dos eletrodos,
aumento da liberacao das bolhas geradas (hidrogeneo, oxigeneo), minimizando
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 51
assim, sua acumulacao na superfıcie dos eletrodos. A celula foi projetada para
trabalhar em regime de batelada assim como para diferentes tipos de arranjos
de eletrodos, foi feita com material acrılico e com as seguintes dimensoes:
– Altura: 170 mm.
– Comprimento 150 mm.
– Largura 190 mm.
– Espessura de parede: 10 mm.
– Maxima capacidade: 5,1 litros.
Na figura 4.1 mostra-se a celula usada para a realizacao das experiencias neste
trabalho.
Figura 4.1: Celula de Eletrocoagulacao
4.4Desenho, arranjo e tipo de material dos eletrodos
O tipo de material e geometria do eletrodo influencia: no tipo de
coagulante, em bolhas geradas, na mistura, na flotacao, na transferencia de
massa e na remocao do poluente.
Dentro das diversas possibilidades na escolha do tipo de material do
eletrodo (alumınio, ferro, aco, etc), ja apresentado na revisao bibliografica
[19, 30, 50], o alumınio e o ferro serao comparados como material de anodo
e aco inoxidavel 316 como material de catodo. O aco inoxidavel apresenta
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 52
vantagem na geracao de bolhas (eletrodo inerte) garantindo a nao dissolucao
e poluicao no efluente sintetico, dificultando assim a analise deste.
O desenho dos eletrodos perfurados (5 mm diametro) para a realizacao
dos ensaios, no arranjo paralelos vertical foi feito com as seguintes dimensoes
(figura 4.2) :
Figura 4.2: Desenho dos eletrodos perfurados de alumınio, ferro e aco inoxidavel
Na figura 4.2 mostra-se a geometria dos eletrodos usados para os ensaios
da eletrocoagulacao. Estima-se que os eletrodos com furos apresentem maiores
vantagens, ja que permitem um maior transporte de massa no seu interior e
facilitam a liberacao dos gases gerados, o qual sera avaliado neste trabalho.
Tanto os catodos (aco inox 316), como os anodos foram feitos com as mesmas
dimensoes, dando uma area efetiva de 154,81 cm2.
Kobya et al. [72], avaliaram diferentes tipos de arranjo de eletrodos
(Bipolar em serie, Monopolar em serie, e Monopolar em paralelo) na reducao
da DQO e turbidez. Mostrando que no caso de alumınio a reducao da DQO
foi conseguida independentemente do tipo de arranjo dos eletrodos. Ja para
o ferro os sistemas conectados em serie foram mais efetivos que os sistemas
em paralelo. Para a reducao da turbidez, o tipo de arranjo de eletrodo nao
aprensentou efeito algum. Este trabalho considera arranjos monopolares em
paralelo, com 4 e 6 eletrodos (ver Figura 4.3). A distancia entre os eletrodos
foi variada mediante a troca dos espacadores entre eles.
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 53
A Figura 4.4 mostra a linha experimental, assim como os principais
equipamentos usados neste trabalho.
4.5Decapagem dos eletrodos
A decapagem e um processo de importancia fundamental para a remocao
de oxidos superficiais nos eletrodos e preparacao adequada da superfıcie para
processos posteriores. Dentro dos diversos tipos de decapagem, utilizou-se neste
trabalho a decapagem quımica, com HCl por 8 horas numa solucao 1% [29].
4.6Procedimento experimental
Os experimentos seguiram a sequencia abaixo:
1. Preparou-se uma solucao de 5,1 litros de emulsao com as quantidades
de reagentes preestabelecidas, assim como os frascos para a recepcao das
amostras nos diferentes tempos.
2. Foi feita a decapagem dos eletrodos 8 horas antes de cada ensaio, numa
solucao de HCl 1%.
3. Apos o preenchimento da celula com a solucao e montagem dos eletrodos
nas condicoes apropriadas (amperagem, arranjo e separacao dos eletro-
dos), deu-se inıcio aos ensaios, ocorrendo simultaneamente:
– Disparo do cronometro.
– Ajuste dos valores de tensao e corrente.
– Coleta de alıquotas no tempo zero.
4. Nos ensaios foram necessarios corrigir eventuais variacoes dos valores de
tensao, a qual ocorria uma mudanca na primeira casa decimal.
5. No decorrer dos ensaios eram coletadas amostras para analises nos
tempos adequados.
6. Ao final do ensaio se fez a limpeza dos componentes, e reiniciou-se os
experimentos de acordo com o numero 1 desta sequencia.
As variaveis analisadas foram:
– Densidade de corrente eletrica (2,5 - 12,9 mA/cm2)
– Distancia dos eletrodos ( 5 - 25 mm).
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 54
– Concentracao inicial de oleo (1,5 - 10 g/l).
– Numero de eletrodos no sistema (relacao area-volume), 4 e 6 eletrodos
O pH da emulsao medido, na faixa de 8-9, segundo a literatura e otimo
para obter uma boa remocao dos poluentes, pelo qual sera fixado.
A condutividade obtida (2,2 mS/cm x 1000) a partir da adicao de cloreto
de sodio, e suficiente para alcancar as densidades de corrente eletrica desejadas.
Para determinar o efeito de cada variavel no processo usou-se a sequencia
experimental apresentada na tabela 4.2. Os experimentos 1a ate 5a, e 1b ate 5b,
foram feitos para determinar a densidade de corrente otima usando eletrodos de
alumınio e ferro. O grupo de experimentos 6a ate 10a e 6b ate 10b, foram feitos
para avaliar a distancia entre os eletrodos de alumınio e ferro respectivamente.
Os experimentos 11a ate 15a e 11b ate 15b foram desenvolvidos para avaliar o
efeito da concentracao inicial de oleo. Os primeiros 15 ensaios foram realizados
usando 4 eletrodos no sistema. Os ultimos ja foram introduzidos 6 eletrodos e
seguindo a mesma sequencia ja descrita.
Finalmente os experimentos 31a e 31b foram feitos para avaliar o
parametro SA/V. E o ensaio 32a para avaliar a geometria dos eletrodos, (efeito
do eletrodo perfurado e nao perfurado).
Na tabela 4.2 apresenta-se a ordem como foi realizado os diferentes testes
para cada material de eletrodo resultando num total de 63 ensaios. As vogais
“a” e “b” representam o tipo de material usado, sendo “a” para alumınio e
“b” para o ferro.
Equipamentos Utilizados:
1. Fonte Estabilizadora de tensao TECTROL mod. TCA-30-10XR1A (30V
e 10A de capacidade maxima).
2. Multımetro.
3. Medidor de pH Analyser pH 300M.
4. Agitador Magnetico FISATOM mod.-752 .
5. Placa de alumınio ou ferro, como anodo na eletrocoagulacao.
6. Placa de aco inox, como catodo na eletrocoagulacao.
7. Cronometro CITIZEN promaster.
8. Celula de Eletrocoagulacao (ver figura 4.1).
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 55
Tabela 4.2: Experiencias realizadas para cada tipo de material de anodo testado
Numero Densidade Distancia entre Concentracao Numerode de Corrente os Inicial de de
experimentos mA/cm2 eletrodos (mm) oleo (mg/l) eletrodos1a-1b 2,5 5 1500 42a-2b 4,3 5 1500 43a-3b 6,4 5 1500 44a-4b 9,4 5 1500 45a-5b 12,9 5 1500 46a-6b 9,4 5 1500 47a-7b 9,4 10 1500 48a-8b 9,4 15 1500 49a-9b 9,4 20 1500 4
10a-10b 9,4 25 1500 411a-11b 9,4 10 1500 412a-12b 9,4 10 3000 413a-13b 9,4 10 6000 414a-14b 9,4 10 9000 415a-15b 9,4 10 10000 416a-16b 2,5 5 1500 617a-17b 4,3 5 1500 618a-18b 6,4 5 1500 619a-19b 9,4 5 1500 620a-20b 12,9 5 1500 621a-21b 9,4 5 1500 622a-22b 9,4 10 1500 623a-23b 9,4 15 1500 624a-24b 9,4 20 1500 625a-24b 9,4 25 1500 626a-26b 9,4 10 1500 627a-27b 9,4 10 3000 628a-28b 9,4 10 6000 629a-29b 9,4 10 9000 630a-30b 9,4 10 10000 631a-31b 9,4 10 1500 2
32a 9,4 10 1500 6
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 56
Figura 4.3: Arranjo de eletrodos a) sistema monopolar em paralelo com quatroeletrodos b)sistema monopolar em paralelo com seis eletrodos
Figura 4.4: Unidade experimental de Eletrocoagulacao (1) Fonte de tensao(corrente contınua), (2) Celula eletrolıtica, (3) Agitador magnetico, (4)multımetro
Capıtulo 4. Materiais e Metodos 57
4.7Analise da Demanda Quımica de Oxigenio e Turbidez
A analise da DQO, foi feita com ajuda do metodo Hatch, o qual com-
preende o reator Hatch para a digestao e o espectrofotometro para leitura da
absorvancia. A duracao do procedimento e de duas horas em uma temperatura
de 150 ◦C.
A leitura do teste de DQO pelo metodo Hatch utiliza o espectrofotometro
de mesma marca e modelo DR/2010 e a curva de calibracao elaborada para
o comprimento de onda de 600 ηm. O calculo da DQO por este metodo e
realizado em treplica. O valor da DQO, e associada por intermedio da curva
de calibracao da absorbancia media obtida (ver apendice A ).
A turbidez foi medida com o turbidımetro AP-2000.
Reagentes:
1. Acido sulfurico. H2SO4 (Marca Vetec).
2. Sulfato de Prata. 5 fr Ag2SO4(Marca Vetec).
3. Sulfato de mercurio. 5 fr HgSO4(Marca Vetec ).
4. Agua deionizada. - 0,007.
Equipamentos Utilizados:
1. Balanca eletronica Bioprecisa FA2104N.
2. Reator Hatch.
3. Espectofotometro.
4. Turbidımetro AP 2000 - Portatil.
5Resultados e Discussao
A primeira batelada de testes foi feita com anodos de alumınio sendo
analisados a cada 10 minutos os parametros: DQO, Turbidez e pH.
Outros parametros tambem foram abordados, tais como: densidade de
corrente eletrica, distancia entre os eletrodos, concentracao inicial de oleo,
relacao area-volume, consumo de eletrodos, custo da operacao e consumo de
energia.
A segunda batelada foi feita com anodos de ferro, foram abordados sob
as mesmas condicoes operacionais, descritos anteriormente.
A DQO e turbidez obtida, nas diferentes concentracoes de oleo testadas,
sao apresentadas na tabela 5.1 Os resultados serao analisados em termos de
eficiencia de reducao destas variaveis.
A seguir, uma analise individual de cada parametro.
5.1Efeito da Densidade de Corrente Eletrica
Este tema e bastante controverso entre os pesquisadores. Daneshvar et
al. [73] mostraram que a remocao de um tipo de corante aumentou significati-
vamente, de 40% para 95%, com o acrescimo da densidade de corrente eletrica
de 10 A/m2 para 30 A/m2, e a DQO diminuiu de 175 mg/l para 30 mg/l. Ou
seja, neste caso, a densidade de corrente mostrou-se eficiente na remocao.
Daneshvar et al. [54] tambem concluıram que o acrescimo da densidade
de corrente de 40 A/m2 para 60 A/m2 aumenta a eficiencia de remocao da
Tabela 5.1: Turbidez e DQO obtida a diferentes concentracoes de oleo.
Concentracao do Turbidez DQOoleo (g/l) NTU mg/l
1,5 400 38503 550 55606 575 101209 680 1386010 980 14300
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 59
Tabela 5.2: Experiencias com anodos de Al, avaliando o efeito da densidade decorrente na eficiencia de reducao da DQO e turbidez.
Numero de Numero de Dens. de Corr. %Reducao %ReducaoExperimento eletrodos mA/cm2 DQO Turbidez
1a 4 2,5 11,5 30,12a 4 4,3 92,7 99,23a 4 6,4 98,7 88,54a 4 9,4 98,6 97,85a 4 12,9 98,2 97,616a 6 2,5 91,2 96,317a 6 4,3 98,1 9518a 6 6,4 98,8 99,719a 6 9,4 98,1 91,920a 6 12,9 98,8 97,9
cor de 52,10 para 91,12%. Isto foi justificado pelo fato da intensificacao da
densidade de corrente eletrica por provocar maior eficiencia de producao de
ıons no anodo e no catodo.
Kobya et al. [30] verificaram que o aumento da densidade de corrente
de 25 para 100 A/m2 alterou significativamente a eficiencia de remocao da
descoloracao de 60% para 96%, porem para valores de 100 A/m2 ate 250 A/m2
a eficiencia manteve-se constante.
Ja para os autores Chen et al. [19], a densidade de corrente quase nao
afeta as remocoes de DQO, de oleos e graxas, embora ela tenha sido variada
de 12,5 a 108,9 A/m2 em uma densidade de carga fixa de 6,63 F/m3. Isto
indica que, de acordo com o autor, nao e a densidade de corrente mas sim a
de carga que realmente afeta a eficiencia do tratamento, porem o acrescimo na
densidade de corrente favoreceu o tempo de tratamento que diminuiu de 60
para 6,5 minutos.
Nesta dissertacao, fez-se uma comparacao para os dois tipos de materiais
de anodos.
5.1.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.2, e apresentado o resumo das experiencias trabalhando com
anodos de alumınio para 80 minutos de operacao e 5 mm de distanciamento
entre os eletrodos.
Na figura 5.1 usando 4 eletrodos no sistema, mostra-se que a eficiencia de
reducao da DQO e maior com o aumento da densidade de corrente. As curvas
alcancam um mesmo valor assintotico, aproximadamente em 95%. O tempo
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 60
mınimo de operacao na qual esses valores de reducao sao alcancados, diminuiu
de 80 para 20 minutos, quando a densidade de corrente aumenta de 2,5 para
12,9 (mA/cm2).
0 20 40 60 80
0
20
40
60
80
100
% R
eduç
ão (
DQ
O)
Tempo (min)
2,5 mA/cm 2
4,3 mA/cm 2
6,4 mA/cm 2
9,4 mA/cm 2
12,9 mA/cm 2
Figura 5.1: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]=1g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodosde Al, 4 eletrodos, de= 5 mm.
O processo de eletrocoagulacao para esse caso exibe tres fases: (I) a fase
inicial - na qual nao se observa remocao do poluente, cuja concentracao de
DQO permanece quase constante, ja que para dar inıcio a quebra da emulsao
precisa-se de certa quantidade de alumınio em solucao. (II) a fase reativa -
onde acorre a maior reducao da DQO. (III) fase estavel - e a em que nao se
consegue alcancar maior remocao do poluente .
Este tipo de comportamento das curvas (chamadas na literatura, curvas
“S”), podem ser visualizadas de uma melhor forma quando trabalhamos com
densidades superiores a 4,3 mA/cm2. Este comportamento ja foi observado por
Gutierrez [74].
No caso do aumento do numero de eletrodos na celula (6 eletrodos) na
figura 5.2, mostra-se que a maior reducao da DQO (maiores a 85%) acontece
nos primeiros 30 minutos para as densidades 6,4 ; 9,4 e 12,9 mA/cm2, sendo que
o tempo requerido para as densidades 4,3 mA/cm2 e 2,5 mA/cm2, aumentou
para 40 e 60 minutos respectivamente.
No que diz respeito a turbidez, usando 4 eletrodos na figura 5.3, mostra-
se uma maior reducao com o aumento da densidade de corrente eletrica. Esta
reducao foi alcancada, 80% - 99%, com as densidades de 9,4 e 12,9 (mA/cm2).
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 61
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo(min)
2,58 mA.cm -2
4,31 mA.cm -2
6,46 mA.cm -2
9,47 mA.cm -2
12,92 mA.cm -2
Figura 5.2: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, Anodosde Al, 6 eletrodos, de= 5 mm.
Ja para a densidade de corrente de 2,5 mA/cm2 a reducao conseguida foi
somente 40%.
0 10 20 30 40 50 60 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
2,5 mA/cm 2
4,3 mA/cm 2
6,4 mA/cm 2
9,4 mA/cm 2
12,9 mA/cm 2
Figura 5.3: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodosde Al, 4 eletrodos, de= 5 mm.
As mudancas da turbidez da solucao usando 6 eletrodos na celula, sao
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 62
mostradas na figura 5.4. O comportamento com relacao a densidade de corrente
e similar a reducao de DQO. Este tipo de comportamento ja foi descrito por
trabalhos anteriores.
Holt et al. [70] obtiveram um perfil esperado da turbidez em processos
convencionais de coagulacao, onde se identificam tres fases: a primeira denom-
inada fase lag - onde pouca ou nenhuma turbidez e removida; em seguida a
fase reativa - onde ha a reducao de aproximadamente 95% da turbidez; e por
ultimo a estacionaria - onde nao ha mais alteracoes significativas no seu valor.
Dimoglo et al. [29] verificou que um aumento na densidade de corrente
de 5 para 15 mA/cm2 aumentou em 14% a reducao da turbidez.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
2,5 mA.cm -2
4,3 mA.cm -2
6,4 mA.cm -2
9,4 mA.cm -2
12,9 mA.cm -2
Figura 5.4: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, Anodosde Al 6 eletrodos, de= 5 mm.
A partir da analise das figuras 5.1 ate 5.4 pode-se concluir que maiores
remocoes em um tempo menor sao conseguida com as densidades de corrente
mais altas, (12,2 mA/cm2 e 9,4 mA/cm2) e com o uso de 6 eletrodos no sistema.
Neste trabalho foi proposto a densidade de 9,4 mA/cm2 ja que tem um efeito
muito similar a 12,2 mA/cm2, porem com menor consumo de energia, ver
tabela 5.4.
5.1.2Anodos de Ferro
Na tabela 5.3 e apresentado o resumo dos dados obtidos em 60 minutos
de operacao, trabalhando com anodos de ferro.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 63
Tabela 5.3: Resumo de experiencias com eletrodos de ferro, avaliando o efeitoda densidade de corrente na eficiencia da reducao da DQO e turbidez
Experimento Numero de Dens. de Corr. %Reducao %Reducaoeletrodos mA/cm2 DQO Turbidez
1b 4 2,5 25,0 59,12b 4 4,3 35,7 86,83b 4 6,4 75,7 87,74b 4 9,4 98,1 94,05b 4 12,9 98,2 95,516b 6 2,5 62,6 52,217b 6 4,3 96,9 92,018b 6 6,4 97,9 93,819b 6 9,4 98,2 98,520b 6 12,9 98,8 79,8
O efeito da densidade de corrente na reducao da DQO usando 2 anodos
de ferro, pode ser visto na figura 5.5. O comportamento e similar ao dos anodos
de alumınio, ou seja, a densidade de corrente afeta diretamente a cinetica do
processo. Assim, para densidades de corrente de 12,9 e 9,4 (mA/cm2) remocoes
superiores a 90% sao obtidas em 30 e 40 minutos; ja para densidades menores
6,4; 4,3 e 2,5 (mA/cm2), a eficiencia de reducao foi 76%, 36% e 25% para 60
minutos de operacao.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
2,58 mA/cm 2
4,31 mA/cm 2
6,46 mA/cm 2
9,47 mA/cm 2
12,92 mA/cm 2
Figura 5.5: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodosde ferro, 4 eletrodos, de = 5 mm
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 64
Ja para o uso de 3 anodos, obtem-se uma melhora apreciavel na cinetica
da reducao da DQO, comparado com o uso de 2 anodos de ferro. Isto e
mostrado na figura 5.6, onde as remocoes sao em torno de 98% para tempos
de 20, 30, 40, e 50 minutos nas densidades de 12,9; 9,4; 6,4 e 4,3 (mA/cm2).
Para a densidade de 2,5 mA/cm2 se obtem eficiencia de 60% em um tempo de
60 minutos.
0 10 20 30 40 50 60 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
2,5 mA/cm 2
4,3 mA/cm 2
6,4 mA/cm 2
9,4 mA/cm 2
1,9 mA/cm 2
Figura 5.6: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]= 1 g/l; anodosde ferro, 6 eletrodos; de= 5 mm.
O comportamento na eficiencia de reducao da turbidez e apresentado na
figura 5.7 (2 anodos de Fe ou 4 eletrodos na celula). Para as densidades de
corrente superiores a 2,5 mA/cm2 as curvas apresentam um mesmo padrao
de comportamento, obtendo uma reducao em torno de 70% nos primeiros
30 minutos e valores superiores a 85% em 60 minutos de operacao. Para a
densidade de 2,5 mA/cm2, a eficiencia maxima de reducao foi de 70% em 50
minutos de experiencia.
Na figura 5.8 mostra-se o efeito da densidade de corrente na eficiencia
de reducao da turbidez (com o uso de 6 eletrodos no sistema). Observa-se um
aumento na turbidez depois dos 50 minutos, ocorrido provavelmente por um
excesso na producao de hidroxido de ferro. A menor eficiencia na reducao da
turbidez (60%) e obtida com uma densidade de 2,5 mA/cm2, em 50 minutos,
e remocoes superiores a 90% nos primeiros 40 minutos, com as densidades
maiores a 2,5 mA/cm2.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 65
0 10 20 30 40 50 60 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
2,58 mA/cm 2
4,31 mA/cm 2
6,46 mA/cm 2
9,47 mA/cm 2
12,92 mA/cm 2
Figura 5.7: Efeito da Densidade de corrente na eficiencia de reducao daTurbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1g/l, Anodos de ferro, 4 eletrodos, de= 5 mm.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
2,5 mA/cm 2
4,3 mA/cm 2
6,4 mA/cm 2
9,4 mA/cm 2
12,9 mA/cm 2
Figura 5.8: Efeito da densidade de corrente na eficiencia de reducao da turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodosde ferro; 6 eletrodos; de= 5 mm.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 66
A partir da analise das figuras 5.5 ate 5.8, e avaliando as eficiencia de
reducao da DQO, e da turbidez, alem do consumo de energia (tabela 5.5), foi
proposto a densidade de 9,4 mA/cm2 como o melhor parametro de operacao.
Assim pode-se concluir que, para ambos os materiais, a densidade de
corrente e numero de eletrodos no sistema, exibem um forte efeito na eletro-
coagulacao, principalmente na cinetica da reducao dos parametros avaliados.
Quanto maior a densidade de corrente e quantidade de eletrodos no sistema,
menor o tempo de tratamento, devido ao fato de que com maior densidade
de corrente eletrica a dissolucao dos anodos aumenta, produzindo maior quan-
tidade de precipitados para a remocao de poluentes. Alem disso, a taxa de
geracao de bolhas aumenta e o tamanho das bolhas diminui. Tais efeitos sao
favoraveis para a desestabilizacao da emulsao.
5.2Consumo de Energia
Para se obter a reducao maxima da DQO e turbidez, e necessario
consumir certa quantidade de energia eletrica durante certo tempo. Alguns
autores tem relacionado o aumento do consumo de energia com o tempo de
residencia do efluente, ou seja, quanto maior o tempo de eletrolise, maior sera
o consumo de energia, sendo que esta relacao e praticamente linear. Segundo
Kobya et al. [30], um aumento de 25 mA/cm2 para 300 mA/cm2 na densidade
de corrente eleva o consumo de energia de 1,5 kWh/m3 para 41 kWh/m3 e
o consumo do eletrodo de 0,2 kg.Al/m3 para 1,6 kg.Al/m3. No trabalho de
Hosny [75], foi verificado que o consumo de energia muda de 4.25 kWh/m3
para 2.66 kWh/m3, sem e com o uso de cloreto de sodio como eletrolito
de suporte. Asselin et al. [76] determinou o consumo de energia para um
sistema monopolar, sendo 1.72 kWh/m3 para o caso de eletrodos de ferro
e 1.99 kWh/m3 para eletrodos de alumınio, trabalhando com 1 A de corrente.
Na tabela 5.4 e apresentado o consumo de energia eletrica para 60
minutos de operacao, trabalhando com anodos de alumınio nas diferentes
densidade de corrente testadas. E apreciavel o maior consumo de energia no
sistema com 6 eletrodos comparado ao de 4 eletrodos, sendo o aumento em
torno de 85%.
Na tabela 5.5, e apresentado o consumo de energia eletrica para 60
minutos de operacao, trabalhando com anodos de ferro. Nota-se tambem que
com o aumento da densidade de corrente eletrica, cresce o consumo de energia.
Este crescimento e maior quando o sistema opera com 6 eletrodos (em torno
de 65%). Isto e esperado, ja que para obter a mesma densidade de corrente
eletrica o requerimento de energia e maior no caso do uso de 6 eletrodos no
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 67
Tabela 5.4: Consumo de energia usando anodos de alumınio, t= 60 min,de = 5mm
Numero de Dens. de Corr. Amperagem Voltagem Consumo de Energiaeletrodos mA/cm2 (A) (V) kWh/m3
4 2,5 1,2 1,4 0,334 4,3 2 1,28 0,54 6,4 3 2,5 1,474 9,4 4,4 3,4 2,934 12,9 6 4,2 4,946 2,5 2 1,6 0,636 4,3 3,4 1,4 0,936 6,4 5 2,6 2,556 9,4 7,3 3,4 4,876 12,9 10 5 9,8
sistema, para ambos materiais. Nota-se que o consumo de energia eletrica e
maior quando anodos de ferro sao usados.
5.3Efeito da distancia dos eletrodos
A eficiencia do processo de eletrocoagulacao pode ser afetada tanto pelo
arranjo dos eletrodos no interior da celula, quanto pela distancia entre eles. Os
eletrodos precisam de uma distancia mınima para a prevencao de um contato
fısico entre eles.
A seguir e apresentada uma avaliacao deste parametro no processo.
5.3.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.6, apresenta-se o resumo das experiencias com anodos de
alumınio em 60 minutos de operacao.
Pode-se observar pela analise da figura 5.9, que nao houve efeito algum
da distancia entre os eletrodos na eficiencia de reducao da DQO, uma vez que
o comportamento e muito similar para todos os casos de afastamento entre
eletrodos (faixa de 5 ate 25 mm e 4 eletrodos na celula), o que ja foi observado
por Den & Huang [77]. Nota-se, que reducoes em torno de 90% sao conseguidas
em 30 minutos de operacao, para todos os casos.
No caso de 6 eletrodos, o efeito da distancia na eficiencia de reducao
tambem nao e perceptıvel, figura 5.10. Porem, observa-se que a cinetica
da remocao e influenciada comparada com o uso de 4 eletrodos, pois altas
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 68
Tabela 5.5: Consumo de energia usando anodos de Fe, nas distintas densidades;em 60 min de operacao.
Numero de Dens. de Corr. Amperagem Voltagem Consumo de Energiaeletrodos mA/cm2 (A) (V) kWh/m3
4 2,58 1,2 1,8 0,424 4,39 2 2,2 0,864 6,46 3 3,4 2,074 9,4 4,4 4,8 4,144 12,9 6 4,95 5,826 2,5 2 1,8 0,716 4,3 3,4 2,3 1,536 6,4 5 3,1 3,046 9,4 7,3 3,9 5,586 12,9 10 5,6 10,98
Tabela 5.6: Experiencias com anodos de Al avaliando a distancia entre oseletrodos
Experimento Numero de Distancia entre %Reducao %Reducaoeletrodos eletrodos (mm) DQO Turbidez
6a 4 5 98,6 98,37a 4 10 98,8 99,38a 4 15 98,6 97,49a 4 20 98,9 98,910a 4 25 98,8 98,721a 6 5 98,1 91,922a 6 10 99,4 98,923a 6 15 99,7 97,824a 6 20 99,4 99,525a 6 25 98,8 98,6
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 69
10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.9: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, 4eletrodos de Al, δ= 9,4 mA/cm2
eficiencias de reducao da DQO sao obtidas (em torno de 90%) em 20 minutos
para toda a faixa de distanciamento dos eletrodos.
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.10: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo; [surfatante]= 1 g/l, [oleo]=1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, Anodosde Al, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2 .
Pode-se ver na figura 5.11 o comportamento das curvas da eficiencia de
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 70
reducao da turbidez similar ao caso da reducao de DQO. Nao e possıvel verificar
um efeito no afastamento dos eletrodos. Alem disso, nota-se que reducoes
superiores a 80% da turbidez sao conseguidas em 30 minutos de trabalho para
todos os casos de afastamento dos eletrodos.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.11: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de Al, 4 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2
O feito da distancia entre os eletrodos na eficiencia de reducao da turbidez
e mostrado na figura 5.12, sem nenhum efeito significativo apreciavel. Ao
mesmo tempo, observam-se reducoes em torno de 80% nos primeiros 20 minutos
em todos os casos de afastamento dos eletrodos.
5.3.2Anodos de Ferro
Na tabela 5.7, apresenta-se os dados obtidos depois de 60 minutos de
operacao validando o afastamento dos eletrodos usando anodos de ferro.
Da mesma maneira observada nos anodos de alumınio, o efeito da
distancia entre os eletrodos (2 anodos de ferro) nao e apreciavel na eficiencia
de reducao da DQO, figura 5.13. Alem disso, o tempo necessario para obter
reducoes da DQO em torno de 90%, e 40 minutos em toda a faixa de
afastamento.
No caso do uso de tres anodos de ferro ou 6 eletrodos no sistema, os
resultados sao similares aos anteriores. Na reducao da DQO independente-
mente do numero de eletrodos usados e tipo de material, nao e possıvel obser-
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 71
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.12: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l, anodos de Al; 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2.
Tabela 5.7: Resumo de experiencias com eletrodos de Fe avaliando a distanciaentre os eletrodos
Experimento Numero de Distancia entre %Reducao %Reducaoeletrodos eletrodos (mm) DQO Turbidez
6b 4 5 98,1 94,07b 4 10 97,9 87,08b 4 15 97,0 86,69b 4 20 98,5 95,610b 4 25 97,6 93,221b 6 5 98,2 98,522b 6 10 99,1 93,423b 6 15 98,8 94,434b 6 20 98,1 90,125b 6 25 98,2 98,9
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 72
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.13: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo:[surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]= 1 g/l, anodosde ferro 4 eletrodos ; δ= 9,4 mA/cm2
var efeito significativo de afastamento dos eletrodos na eficiencia da remocao,
figura 5.14. Comparado com o uso de 4 eletrodos nota-se uma diminuicao no
tempo necessario para alcancar maximas reducoes da DQO (em torno de 98%),
sendo de 30 minutos.
Ja para o caso da reducao da turbidez com 2 anodos de ferro, podemos
observar que se trata de um processo mais complexo (nota-se a dispersao dos
dados), figura 5.15, isto pode ser explicado pela coloracao dos ıons Fe(II) e
Fe(III) gerados eletroliticamente, que sao necessarios para a remocao de oleo
afetando assim a eficiencia de reducao da turbidez.
Analisando o efeito do uso de mais 2 eletrodos no sistema (6 eletrodos)
para a reducao da turbidez, e observado acrescimos e decrescimos deste
parametro na faixa estudada, isto e visto na figura 5.16. Nota-se tambem que
e conseguido reducoes em torno de 95% em 30 minutos de operacao.
Baseado nos resultados anteriores, pode-se concluir que o afastamento dos
eletrodos nao teve influencia na eficiencia de reducao das variaveis analisadas;
discordando com Xu - Zhu & Mordirshahla [22, 78], que afirmaram que com
o maior afastamento dos eletrodos, ocorreu uma diminuicao da remocao de
poluentes, devido as menores interacoes entre as especies. No trabalho de
Gutierrez conclui-se que o afastamento dos eletrodos influencia no consumo
de energia, mas nao mostra um grande efeito na eficiencia de remocao de oleo,
devido ao desenho dos eletrodos e a boa agitacao na celula [74].
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 73
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.14: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao da DQOem funcao do tempo:[surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1 g/l; Anodosde ferro, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2
0 10 20 30 40 50 60 0
10
20
30
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100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.15: Efeito da distancia dos eletrodos(Fe) na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1g/l, anodos de Fe, 4 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 74
0 10 20 30 40 50 60
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.16: Efeito da distancia dos eletrodos na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [oleo]= 1,5 g/l, [NaCl]=1g/l, Anodos de ferro; 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2
5.3.3Efeito da distancia entre os eletrodos no consumo de energia
O efeito do afastamento dos eletrodos no consumo de energia tambem foi
avaliado para cada material. Na figura 5.17 apresenta-se o efeito do afastamento
dos eletrodos (anodos de Al) no consumo de energia. Quanto maior a distancia,
maior o consumo de energia. O mesmo acontece quando e usado anodos de
ferro, isto e, representado na figura 5.18.
Neste trabalho nao se encontrou efeito da distancia entre os eletrodos,
para os dois tipos de material na eficiencia da remocao, mas sim no consumo
de energia.
Sendo 5 mm e 10 mm as separacoes que apresentam menor consumo de
energia. Foi escolhida a separacao de 10 mm como o melhor parametro, por
apresentar menor dificuldade no montagem dos eletrodos e maior facilidade no
controle do processo.
5.4Efeito da concentracao inicial de oleo
O efeito da concentracao inicial de oleo foi avaliado em outras pesquisas.
Segundo Hosny [75] o aumento da concentracao (500 - 2000 mg/l) melhora a
porcentagem de remocao de oleo depois de 40 minutos, sendo: 55%, 65% e 70%
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 75
0 10 20 30 40 50 60 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Con
sum
o de
ene
gía
- kW
.h/m
3
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.17: Distancia entre os eletrodos versus consumo de energia ;[surfa-tante]=1g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos de alumınio; 6 eletrodos ;δ= 9,4 mA/cm2
0 10 20 30 40 50 60 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Con
sum
o de
ene
rgía
- k
W.h
/m 3
Tempo (min)
5 mm 10 mm 15 mm 20 mm 25 mm
Figura 5.18: Distancia entre os eletrodos versus consumo de energia ;[surfa-tante]=1g/l; [oleo]= 1,5 g/l; [NaCl]=1 g/l; Anodos de ferro; 6 eletrodos ; δ =9,4 mA/cm2
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 76
Tabela 5.8: Resumo de experiencias eletrodos de Al avaliando a Concentracaoinicial do oleo
Experimento Numero Concentracao Inicial %Reducao %Reducaoeletrodos do oleo (g/l) DQO Turbidez
11a 4 1,5 98,8 99,312a 4 3 99,6 99,313a 4 6 98,9 97,814a 4 9 99,9 99,115a 4 10 99,2 97,726a 6 1,5 99,6 98,927a 6 3 99,6 99,628a 6 6 99,7 98,429a 6 9 99,6 97,530a 6 10 99,8 97,9
para as concentracoes inicias de 490, 1050 e 1990 mg/l, respectivamente. Por
outro lado, Canizares et al.[3] observaram menores remocoes da DQO quando
trabalharam com maiores concentracoes de oleo. Ja no trabalho de Gutierrez
mostrou-se que a remocao do oleo e independente da concentracao inicial (na
faixa de 0,5 ate 10 g/l de oleo), ou seja, que o mecanismo de remocao deve ser
independente da concentracao do poluente [74].
Nos seguintes experimentos foram avaliados o efeito da concentracao
inicial de oleo na faixa de 1.5 - 10 g/l, com valores de densidade corrente
constante de 9.4 mA/cm2 e distanciamento dos eletrodos de 10 mm. Os
resultados desses experimentos sao apresentados a seguir.
5.4.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.8, dados de reducao da DQO sao indicados depois de 60
minutos de operacao, fazendo uso de eletrodos de alumınio. Como mostrado na
figura 5.19, usando 4 eletrodos, observa-se que no decorrer da eletrocoagulacao,
a DQO diminui ate atingir um valor mınimo (em torno de 98% de reducao),
o qual se torna constante depois de 30 minutos. O comportamento e similar
para toda a faixa de concentracao de oleo.
No caso do uso de tres anodos de alumınio (ou 6 eletrodos na celula), o
mesmo comportamento e notado, comparado com o uso de dois anodos. Sendo
assim, a concentracao inicial de oleo nao afeta a reducao da DQO, podendo ser
vista na figura 5.20. Porem a cinetica e favorecida neste caso, sendo necessarios
20 minutos para conseguir uma reducao maxima de (99%) da DQO .
Na reducao da turbidez para o caso de 4 eletrodos, o efeito da concen-
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 77
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
1,5 g/l 3 g/l 6 g/l 9 g/l 10 g/l
Figura 5.19: Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos de Al;4 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2;
0 10 20 30 40 50 60 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
1,5 g/l 3 g/l 6 g/l 9 g/l 10 g/l
Figura 5.20: Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos de Al,6 eletrodos, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 78
tracao inicial do oleo e apresentado na figura 5.21 a qual mostra comporta-
mentos similares para todas as curvas. Depois de 40 minutos de operacao a
turbidez aparece inalteravel para toda a faixa estudada de concentracao inicial
de oleo.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
1,5 g/l
3 g/l
6 g/l
9 g/l
10 g/l
Figura 5.21: Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l, [NaCl]= 1 g/l, Anodos deAl; 4 eletrodos, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2
Na figura 5.22 e observado um comportamento similar a da figura 5.21
(para o caso de 4 eletrodos) na reducao da turbidez. Portanto, nao se encontrou
nenhuma influencia entre as concentracoes de oleo e a eficiencia da reducao da
turbidez, mas sim na cinetica do processo.
5.4.2Anodos de Fe
Na tabela 5.9, sao apresentados os dados obtidos da DQO e turbidez para
as diferentes concentracoes iniciais de oleo em 60 minutos de operacao usando
eletrodos de ferro.
Na analise da figura 5.23, usando dois anodos de ferro, o comportamento
das curvas de reducao da DQO para toda a faixa de concentracao de oleo
estudada foram similares, indicando que este parametro nao tem influencia na
remocao do oleo. Alem disso, o tempo requerido para obter a maxima reducao
da DQO (em torno de 98%) foi de 40 minutos.
Para o uso de dois e tres anodos de ferro, o comportamento e similar,
sendo que a concentracao inicial do oleo nao influencia na reducao DQO,
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 79
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
1,5 g/l 3 g/l 6 g/l 9 g/l 10 g/l
Figura 5.22: Efeito da concentracao inicial do oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos deAl; 6 eletrodos ; de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2
Tabela 5.9: Resumo de experiencias eletrodos de Fe avaliando a concentracaoinicial do oleo
Experimento Numero Concentracao Inicial %Reducao %Reducaoeletrodos do oleo (g/l) DQO Turbidez
11b 4 1,5 97,9 87,012b 4 3 99,1 97,713b 4 6 98,6 94,314b 4 9 99,03 88,755b 4 10 99,3 96,826b 6 1,5 99,1 93,427b 6 3 98,9 98,028b 6 6 99,7 99,229b 6 9 99,7 79,030b 6 10 99,1 98,6
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 80
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
1,5 g/l
3 g/l 6 g/l
9 g/l 10 g/l
Figura 5.23: Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; 4 eletrodos ;de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2
figura 5.24. Nota-se que nos primeiros 20 minutos consegue-se obter a maxima
reducao da DQO (98%) independentemente da concentracao inicial de oleo.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% D
QO
(R
eduç
ão)
Tempo (min)
1,5 g/l
3 g/l
6 g/l
9 g/l
10 g/l
Figura 5.24: Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daDQO em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; Anodos de Fe;6 eletrodos ; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2
O aumento e diminuicao na reducao da turbidez (figura 5.25) usando
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 81
2 anodos de ferro como foi observado e avaliando nos parametros anteriores.
Este comportamento e caracterıstico quando usa esse tipo de material como
anodo. Ainda assim conseguem-se reducoes em torno de 90% nos primeiros 20
minutos.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
1,5 gl
3 gl
6 gl
9 gl
10 gl
Figura 5.25: Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daTurbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; 4 eletrodos; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 (Fe)
Na figura 5.26 e apresentado o efeito da concentracao inicial do oleo
na reducao da turbidez, para 6 eletrodos. Nota-se que este parametro nao
influencia na eficiencia de remocao. E apreciavel tambem aumento e diminuicao
da turbidez, devido a presenca de ıons de ferro (de cor verde ou amarela) na
solucao. A maior eficiencia de remocao foi conseguida aos 30 minutos, sendo
em torno de 90%.
5.5Efeito da densidade de corrente eletrica na mudanca de pH
A importancia do pH na reducao da DQO e da turbidez ja foi apreciada
por Kobya et al. [30], na qual altas reducoes da DQO foram conseguidas em
meio acido para ambos tipos de eletrodos (Al e Fe). Assim, para altas reducoes
da turbidez, o meio acido e preferıvel para o alumınio, e meio neutro para o
ferro. O aumento significativo do valor do pH e atribuıdo a geracao dos ıons
OH− durante a etapa de reducao da agua. Embora estes ıons tambem sejam
usados na formacao do agente coagulante, a quantidade remanescente conduz
ao aumento do valor do pH. Isto e observado em muitos trabalhos, tais como
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 82
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% T
urbi
dez
(red
ução
)
Tempo (min)
1,5 g/l
3 g/l
6 g/l
9 g//l
10 gl
Figura 5.26: Efeito da concentracao inicial de oleo na eficiencia de reducao daturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; 6 eletrodos; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2 (Fe)
Kobia et al. [30], Chen et al. [19], Angelis et al. [27]. As experiencias foram
feitas com um pH inicial em torno de 8-9 correspondente ao pH natural da
emulsao.
5.5.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.10, apresenta-se os dados obtidos do pH nas diferentes
densidades de corrente testadas em 60 minutos de operacao. O comportamento
do pH versus diferentes densidades de corrente sao apresentadas na figura 5.27.
Nota-se um ligeiro aumento no pH (pH inicial na faixa de 8 - 8,5 e pH final
8,7 - 9,4). Isto quer dizer que a mudanca de pH nao e muito significativa.
Quando sao usados tres anodos de alumınio, e possıvel notar que ha um
maior aumento no pH que no caso de uso de dois, sendo o pH final 10,4 e 10
para as densidades de corrente 12,9 e 9,4 mA/cm2 (figura 5.28) e em torno de
9,5 para as densidades de corrente 2,5; 4,3 e 6,4 mA/cm2.
A resposta inversa do pH com o tempo (sucessivas mudancas) obtida e
caracterıstica dos processos complexos; estas estranhas mudancas no pH foi
explicado por Canizares et al. [3], na qual relacionam a ocorrencia simultanea
de reacoes quımicas e eletroquımicas na celula, assim a reducao catodica da
agua faz o pH aumentar, enquanto a formacao das diferentes especies de
alumınio, como exemplo hidroxido de alumınio, faz o pH diminuir.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 83
Tabela 5.10: Comportamento do pH para as diferentes densidades de corrente(eletrodos de Alumınio)
Experimento Numero Densidade de Corrente pH pHeletrodos mA/cm2 Inicial Final
1a 4 2,5 8,3 9,22a 4 4,3 8,4 9,43a 4 6,4 8,0 9,24a 4 9,4 8,14 8,75a 4 12,9 8,5 8,716a 6 2,5 8,8 9,717a 6 4,3 8,4 9,718a 6 6,4 8,6 9,819a 6 9,4 8,3 10,420a 6 12,9 8,9 10,3
0 10 20 30 40 50 60
8
9
pH
Tempo (min)
2,58 mA.cm -2
4,31 mA.cm -2
6,46 mA.cm -2
9,47 mA.cm -2
12,92 mA.cm -2
Figura 5.27: Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l, Anodos de Al, 4 eletrodos, de= 5 mm.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 84
0 10 20 30 40 50 60 8
9
10
pH
Tempo (min)
2,58 mA.cm -2
4,31 mA.cm -2
6,46 mA.cm -2
9,47 mA.cm -2
12,92 mA.cm -2
Figura 5.28: Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodo de Al; 6 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4 mA/cm2.
5.5.2Anodos de Ferro
Na tabela 5.11, apresenta os dados obtidos das mudancas do pH nas
diferentes densidades de corrente testadas depois de 60 minutos de operacao,
usando eletrodos de ferro.
Apresenta-se na figura 5.29, a mudanca do pH para o caso do uso de 2
anodos de ferro. Iniciando com um pH de 9 se obtem um pH final na faixa de
10,6 - 11,4.
Com o uso de mais um anodo de ferro, a mudanca do pH e apresentado
na figura 5.30, mostra um comportamento muito similar ao caso anterior, pois
se tem um ligeiro aumento de pH, o qual iniciou-se em torno de 9,5 ate proximo
de 11.
Fazendo uma analise para os dois tipos de materiais de eletrodos usados,
com respeito a mudanca de pH, pode-se dizer que no caso de alumınio, a
mudanca e menor comparada a de ferro. No primeiro caso, a mudanca e
somente de 1 ponto de pH e 2 pontos de pH para o caso de ferro.
Ao se comparar os resultados obtidos com os da literatura, nota-se que
eles se comportam de maneira prevista, pois, conforme ja citado na revisao
bibliografica, para eletrodo de alumınio, sempre ha um aumento do pH final
em relacao ao inicial. Ja para o ferro, a mudanca de pH e ligeiramente maior
quando usado anodos de alumınio.
A pequena mudanca no pH no processo de eletrocoagulacao e benefico
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 85
Tabela 5.11: Comportamento do pH para as diferentes densidades de correnteusando anodos de ferro
Experimento Numero Densidade de Corrente pH pHeletrodos mA/cm2 Inicial Final
1b 4 2,5 8,7 11,12b 4 4,3 9,1 11,33b 4 6,4 9,1 10,64b 4 9,4 9,1 11,05b 4 12,9 9,1 11,116b 6 2,5 9,2 10,717b 6 4,3 9,3 10,718b 6 6,4 9,4 10,919b 6 9,4 9,5 10,720b 6 12,9 9,6 11,1
0 10 20 30 40 50 60
9
10
11
12
pH
Tempo (min)
2,59 mA.cm -2
4,39 mA.cm -2
6,46 mA.cm -2
9,43 mA.cm -2
12,92 mA.cm -2
Figura 5.29: Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodo de Ferro; 4 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4 mA/cm2
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 86
0 10 20 30 40 50 60
9
10
11
12
pH
Tempo (min)
2,58 mA.cm -2
4,39 mA.cm -2
6,46 mA.cm -2
9,43 mA.cm -2
12,92 mA.cm -2
Figura 5.30: Comportamento de pH em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l;[NaCl]= 1 g/l; Anodos de Ferro; 6 eletrodos ; de= 5 mm; δ= 9,4 mA/cm2
no tratamento de efluentes, ja que nao precisa de reagentes adicionais para
controlar este parametro.
5.6
Efeito da relacao Area-Volume, SA/V
Segundo Bastos [79], o aumento da area superficial do eletrodo promove
uma diminuicao da resistencia ohmica entre solucao e eletrodo. Portanto o
ideal e trabalhar com as maiores areas superficiais de eletrodos, pois pode-se
trabalhar com menores potenciais para obter a corrente desejada, ja que a
resistencia total sera menor levando a um menor gasto de energia.
Pode-se dizer que um aumento na quantidade de eletrodos presentes no
sistema (maior SA/V) produzira uma melhora na reducao da DQO e turbidez,
pois e esperada maior quantidade de alumınio ou ferro dissolvido, alem disso,
tem-se maior geracao de bolhas de oxigenio e hidrogenio, os quais favorecem a
remocao da carga organica.
5.6.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.12, sao apresentados os resultados obtidos mudando a
quantidade dos eletrodos na celula eletrolıtica.
Na tabela 5.13, apresenta-se a quantidade de metal dissolvido nas dis-
tintas relacoes de SA/V testadas. O consumo de alumınio aumenta em 67%
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 87
Tabela 5.12: Resumo de experiencias com eletrodos de Al, avaliando a relacaoSA/V para 60 minutos de operacao
Experimento Numero SA/V %Reducao %Reducaoeletrodos (m2/m3) DQO Turbidez
31a 2 6,1 1,26 30,811a 4 18,2 98,62 97,8122a 6 30,4 99,62 98,94
Tabela 5.13: Alumınio dissolvido em 30 minutos de operacao comparado coma relacao SA/V.
Numeros SA/V Amperagem Aleletrodos (m2/m3) (A) Dissolvido
2 6,1 1,46 0,244 18,2 4,4 0,736 30,4 7,3 1,22
Tabela 5.14: Resumo de experiencias com eletrodos de Fe avaliando a RelacaoSA/V em 60 minutos de operacao
Experimento Numero de SA/V %Reducao %Reducaoeletrodos (m2/m3) DQO Turbidez
31b 2 6,1 0,09 15,811b 4 18,2 97,9 87,022b 6 30,4 99,1 93,4
quando se utiliza 6 eletrodos, comparado com 4 eletrodos.
Na figura 5.31, pode-se ver a influencia da relacao SA/V na reducao da
DQO, utilizando dois eletrodos (6 m2/m3), onde a reducao e menor que 1,3%.
Para o uso de 4 eletrodos (18,2 m2/m3) alcanca-se uma reducao superior a 95%
em 30 minutos de operacao. Finalmente para 6 eletrodos (30,35 m2/m3) no
sistema, consegue-se alcancar remocoes acima de 90% somente em 20 minutos
de operacao.
5.6.2Anodos de Ferro
A tabela 5.14 e feita com os resultados obtidos das remocoes, mudando
a quantidade de eletrodos no sistema.
Fazendo uma analise na tabela 5.15 pode-se dizer que, o uso de 6 eletrodos
leva a uma maior dissolucao de material, sendo em torno de 70% comparado
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 88
0 10 20 30 40 50 60
0
20
40
60
80
100
2 eletr.(DQO) 2 eletr.(Turb) 4 eletr. (DQO) 4 eltr. (Turb) 6 eletr. (DQO) 6 eletr. (Turb)
Tempo (min)
% R
eduç
ão (
DQ
O)
0
20
40
60
80
100
% R
edução (Turbidez)
Figura 5.31: Efeito da relacao SA/V na eficiencia de reducao da DQO e turbidezem funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; de= 10 mm; δ= 9,4mA/cm2; Anodos de Al
Tabela 5.15: Ferro dissolvido para as distintas relacoes de SA/V testadas
Numero de SA/V Amperagem Feeletrodos (m2/m3) (A) Dissolvido
2 6,1 1,46 0,764 18,2 4,4 2,296 30,4 7,3 3,91
com o uso de 4 eletrodos.
Para o caso do uso de anodos de ferro o efeito da relacao SA/V e indicado
na figura 5.32, pode-se notar que para o caso de 2 eletrodos nao se tem reducao
significativa da DQO em 60 minutos de operacao. Para o caso de 4 eletrodos
na celula tem se a maxima reducao em 40 minutos de operacao. E finalmente
com 6 eletrodos no sistema obtem-se a maxima reducao (95%) em 30 minutos.
E notado que o efeito deste parametro e maior na reducao da DQO que
na turbidez. Assim, obtem-se reducoes da turbidez de 15% e 30% para ferro
e alumınio, inclusive com o uso de 2 eletrodos no sistema e nenhuma reducao
da DQO.
Logo, pode-se concluir que, baseado nos resultados apresentados nas
figura 5.31 e 5.32, o aumento do numero de eletrodos gera um aumento da
concentracao de alumınio ou ferro no sistema, consequentemente favorecendo
a remocao de oleo e cinetica do processo.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 89
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
2 eletr. (DQO) 2 eletr. (TURB) 4 eletr. (DQO) 4 eletr. (TURB) 6 eletr. (DQO) 6 eletr. (TURB)
Tempo (min)
% R
eduç
ão (
DQ
O)
0
20
40
60
80
100
% R
edução (Turbidez)
Figura 5.32: Efeito da Relacao SA/V na eficiencia de reducao da DQO eturbidez em funcao do tempo: [surfatante]= 1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; de= 10 mm;δ= 9,4 mA/cm2; Anodos de ferro
5.7Consumo de Eletrodos
A heterogeneidade da emulsao e a formacao de duas fases depois da
desestabilizacao, nao permitem uma medicao exata do total de metal dissolvido
na celula para cada uma das experiencias.
Pablo Canizares et al. [3] fizeram experiencias mostrando que a dissolucao
do alumınio nao e afetada com o conteudo de oleo na solucao, e medicoes mais
exatas podem ser feitas mantendo as mesmas condicoes de operacao (NaCl,
pH ), mas sem a presenca de oleo.
Neste trabalho fez-se medicoes nestas condicoes (sem a presenca de oleo)
e o valor de metal dissolvido foi obtido pela diferenca de peso dos anodos para
cada tempo.
5.7.1Consumo Teorico
O consumo dos eletrodos foi calculado trabalhando com 7,3 A de corrente
e um tempo de 30 minutos. E preciso especificar que a massa molar do alumınio
e de 27 g/mol, com numero de oxidacao 3. A massa molar do ferro e 56 g/mol,
com numero de oxidacao 2. Fazendo uso da equacao 3-42 para o calculo do
consumo teorico dos eletrodos temos:
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 90
Tabela 5.16: Dissolucao teorica dos anodos ate 30 minutos de operacao
Tempo AnodosAl Fe
10 0,41 1,2720 0,82 2,5430 1,22 3,81
1. Para o Anodo de Alumınio:
mel =I.t.M
F.z=
7, 3.1800.27
96500.3= 1, 22g (5-1)
2. Para o Anodo de Ferro:
mel =I.t.M
F.z=
7, 3.1800.56
96500.2= 3, 81g (5-2)
A diferenca entre estes valores refere-se as caracterısticas distintas do
ferro e do alumınio, como a massa molar e a valencia de cada elemento.
5.7.2Consumo Experimental
A dissolucao experimental dos anodos para cada tipo de material, foi
obtida por diferenca de pesos em cada tempo de operacao, os resultados foram:
1. Anodos de Alumınio
Na tabela 5.17, apresenta os dados obtidos do alumınio experimental-
mente com uma densidade de corrente de 9,4 mA/cm2 e distancia de
eletrodo de 10 mm, o total de alumınio dissolvido foi de 1,41 gramas em
30 minutos, o suficiente para conseguir a reducao da DQO e turbidez a
valores superiores de 90%.
2. Anodos de Ferro
No caso do uso de anodos de ferro as quantidades dissolvidas sao
apresentadas na tabela 5.18. Para 30 minutos de operacao o total de
ferro dissolvido foi de 3,78 gramas.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 91
Tabela 5.17: Alumınio dissolvido, medido experimentalmente, ate 30 minutosde operacao
Tempo Anodos Total (mg)1 2 3 -
10 88,2 205,6 192,4 486,220 191,3 371,7 401 96430 276,2 538 594,1 1408,3
Tabela 5.18: Ferro dissolvido ate 30 minutos de operacao para o uso de tresanodos; 9,4 mA/cm2 ,de= 10 mm.
Tempo Anodos Total (mg)
1 2 3 -10 277,3 448,3 543,9 1269,520 577,2 906,4 1053,2 2536,830 797,6 1600,1 1382,4 3780,1
Na figura 5.33, mostra-se o consumo de material no processo da eletrocoag-
ulacao. Note-se que para o caso do ferro ambos os valores reais e teoricos sao
similares, e a eficiencia foi de 99,2%. Ja no caso do alumınio tem-se uma maio
dissolucao, comparado com o valor teorico, pois a eficiencia alcancou 115,6%.
Este valor de dissolucao concorda da dissolucao super faradica do alumınio
(maior que 100% de eficiencia) descrita por Gutierrez [74].
Uma ideia pratica do consumo de eletrodo e obtida ao dividir o valor
encontrado do consumo de eletrodo pelo volume de efluente tratado.
Para Anodo de alumınio:
1,41 gramas/0, 0051m3 = 276,47 mg/l.
Para Anodo de ferro:
3,78 gramas/0, 0051m3 = 741,17 mg/l
Cada 1 litro de efluente tratado nas condicoes experimentais de calculo
consumiu 276,47 mg de eletrodo do alumınio ou 741,17 mg do eletrodo do
ferro.
Deve-se lembrar que grande parte de alumınio e ferro dissolvido no
anodo, sera utilizada para a producao do coagulante, e o restante permanecera
na solucao como uma quantidade residual. Nesta dissertacao nao houve o
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 92
0 5 10 15 20 25 30 0
1
2
3
4
Met
al d
isso
lvid
o (g
)
Tempo (min)
Al (real) Fe (real) Al (teórico) Fe (teórico)
Figura 5.33: Consumo do material de anodo
acompanhamento da quantidade destes metais na solucao. Nao ha como
afirmar ou estimar a quantidade final de alumınio e ferro em cada solucao.
5.8Geracao de borra
Junto ao tratamento dos efluentes tem-se a geracao de borras. Aprox-
imadamente os dois tercos (2/3) da borra gerada vai para o topo da celula
e pode ser removida, enquanto que um terco (1/3) e gerada depois da sed-
imentacao. Os componentes das borras incluem solidos suspensos, oleos e
graxas, assim como, os hidroxidos de alumınio/ferro gerados [19].
Kobya et al [72] fizeram uma avaliacao tecnica-economica da eletrocoag-
ulacao. Os resultados mostraram que a quantidade de borra foi em torno de
0.65 - 1 Kg/m3 no caso do ferro e 0.9 - 1.3 kg/m3 no caso de alumınio. Se-
gundo o mesmo autor, em geral mais borra e produzida em sistemas bipolares
em serie que em sistemas monopolar em paralelo. No trabalho de Chen et al
[19] a quantidade de borra foi de 0.108 kg/m3, apos de ser secada por 10 horas
a 105 ◦C e apos, 550 ◦C por 1 hora. A borra gerada em nossas experiencias
foi secada por 48 horas em uma temperatura de 105 ◦C, e obteve os seguintes
pesos: 2,23 Kg/m3 e 2,76 Kg/m3 para alumınio e ferro, respectivamente.
Nas figuras 5.34 e 5.35, sao mostradas as borras geradas no processo
da eletrocoagulacao usando os diferentes tipos de materiais de anodo. Nas
figuras ?? e ?? apresentam-se as borras secas depois de 48 h na temperatura
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 93
de 105 ◦C. Pode-se notar a diferenca de cor entre ambas borras, devido a cor
dos hidroxidos de alumınio e de ferro presentes.
Figura 5.34: Borra com anodos de alumınio.
5.9Melhores parametros
Neste trabalho consideram-se como melhores parametros: densidade de
corrente 9,4 mA/cm2; distancia dos eletrodos 10 mm; concentracao inicial
de oleo 1,5 g/l e 6 eletrodos no sistema. Assim, sob estas condicoes foram
comparados ambos os tipos de materiais.
5.9.1Anodos de Alumınio
Na tabela 5.19, apresentam-se os dados obtidos trabalhados com as
melhores condicoes de operacao.
Analisando a figura 5.36, pode-se dizer que operando nestas condicoes e
possıvel obter uma boa reducao, ja nos primeiros 20 minutos sendo 96,8% da
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 94
Figura 5.35: Borra com anodos de Ferro.
Tabela 5.19: Experiencia com os melhores parametros, usando anodos de A;δ= 9,4 mA/cm2; de = 10; 60 min.
Tempo pH %Reducao %Reducaofinal DQO Turbidez
0 8,25 0 010 8,12 46,82 92,120 8,43 96,8 92,130 8,38 99,0 98,340 9,91 99,5 99,350 10,15 99,4 99,260 10,47 99,6 98,9
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 95
DQO e 92,15% da turbidez, podendo alcancar valores na ordem de 99,03 %
e 98,37% na DQO e turbidez em 30 minutos respectivamente. O pH final foi
de 8,43, sendo a mudanca muito pequena comparada ao pH inicial de 8,25. O
consumo de energia registrado foi de 3,72 kWh/m3 em 30 minutos, a tensao
inserida foi de 5,2 V.
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% R
eduç
ão
Tempo (min)
Turbidez DQO
Figura 5.36: Melhores parametros na reducao de DQO e turbidez: [surfatante]=1 g/l; [NaCl]= 1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2; 3 anodosde Al.
5.9.2Anodos de Ferro
Os dados mostrados na tabela 5.20, apresentam a remocao conseguida
com as melhores condicoes de operacoes.
Na figura 5.36 pode-se ver a remocao conseguida trabalhando com anodos
de ferro e sob os melhores parametros de operacao; as maximas eficiencias de
reducao sao obtidas ja nos primeiros 30 minutos, sendo: 94,86% e 98,49%
para DQO e turbidez, respectivamente; o pH final foi de 11,5 mostrando um
aumento em comparacao ao pH inicial de 9,55; o consumo de energia foi de
4,15 kWh/m3, com uma tensao de corrente de 5,8 V e uma corrente de 7,3
A. Alem disso, deve-se ressaltar a ligeira coloracao amarela do efluente final
devido a presenca do hidroxido de ferro(III).
No caso dos anodos de ferro pode ser esperado que os compostos que
reagem com ambas especies Fe(II) e Fe (III) para formar compostos insoluveis
serao completamente removidos, a quantidade de DQO nao removida sera a
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 96
Tabela 5.20: Experiencia com os melhores parametros, usando anodos de Fe,e 6 eletrodos; δ= 9,4 mA/cm2; de = 10; 60 min.
Tempo pH %Reducao %Reducaofinal DQO Turbidez
0 9,55 0 010 10,6 59,9 1,220 11,0 64,1 87,530 11,5 94,86 98,4940 11,48 94 98,850 11,4 92,9 99,160 11,17 93,4 99,1
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% R
eduç
ão
Tempo (min)
Turbidez DQO
Figura 5.37: Melhores Parametros na Remocao de DQO e turbidez: [surfa-tante]= 1 g/l; [NaCl]=1 g/l; [oleo]= 1,5 g/l; de= 10 mm; δ= 9,4 mA/cm2; 3anodos de Fe.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 97
parte soluvel que nao reage com o Fe(II) e Fe(III) para formar compostos
insoluveis.
No caso dos anodos de alumınio :
1. O Alumınio tem apenas um estado de oxidacao, (Al3+) assim quando
um componente organico reage com este para formar um componente
insoluvel, este reagira quase completamente.
2. A solubilidade do Hidroxido de Alumınio, (Al(OH)3) apresenta um
mınimo a pH menor que 4.
3. Usando eletrodos de Al tem-se producao de oxigenio (O2) no catodo, o
qual pode contribuir para a demanda de oxigenio.
Cada componente que contribui na DQO nas aguas residuais e diferente,
e tambem cada agua residual e distinta, logo e aconselhavel testar ambos
eletrodos (Fe e Al), alem a combinacao de sistemas para obter melhores
resultados.[3]. Na Figura 5.38, mostra-se o efluente filtrado depois de 30
minutos de operacao sob os parametros anteriormente mencionados. Obteve-se
uma turbidez final de 2,77 NTU e 2,39 NTU (em torno de 99% da reducao)
para o caso de anodos de ferro e alumınio.
Figura 5.38: Efluente filtrado depois do tratamento (Al e Fe).
O consumo da energia para cada tipo de material de anodo usado sob os
melhores parametros de operacao e mostrado na figura 5.39, na qual pode-se
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 98
observar que o ferro apresenta um consumo ligeiramente superior ao alumınio,
como ja foi comentado anteriormente.
Observa-se pela figura 5.39 que a voltagem diminuiu com o tempo
ate encontrar um valor constante devido ao incremento da forca ionica.
Concordando com os trabalhos de Chen-Lu [2] e Canizares [3].
0 5 10 15 20 25 30 0
2
4
6
Fe - v Al - v
Fe - kW.h/m 3
Al - kW.h/m 3
Tempo (min)
Vol
tage
m (
v)
0
2
4
6 Consum
o de energía (kW.h/m
3 )
Figura 5.39: Consumo de Energia e voltagem versus Tempo sob os melhoresparametros.
5.10Efeito da geometria dos eletrodos
Testes foram realizados avaliando a geometria dos eletrodos so para o caso
de anodos alumınio perfurados e os nao perfurados. Obteveram-se os seguintes
resultados: tabela 5.21 e figura 5.40.
Na tabela 5.21, apresenta-se os dados obtidos avaliando a geometria dos
eletrodos. Na figura 5.40 apresenta-se o efeito da geometria dos eletrodos:
mostra-se que com o uso dos eletrodos perfurados alcanca-se mais rapidamente
a reducao em 20 minutos, sendo 96,84% da DQO e 92,15% da turbidez.
Para os eletrodos nao perfurados o tempo mınimo necessario para alcancar
a maxima reducao foi de 30 minutos permitindo remocoes da ordem de 94,04%
e 95,77% para a DQO e turbidez, respectivamente. Isto mostra que a cinetica
da remocao e favorecida pela presenca dos orifıcios, o qual permite uma
maior movimentacao dos ıons, favorece a liberacao das bolhas, garantindo a
desestabilizacao da emulsao em tempos mais curtos.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 99
Tabela 5.21: avaliacao da geometria dos eletrodos, com e sem orifıcios, usandoanodos de Al, 6 eletrodos, δ= 9,4 mA/cm2, de = 10; 60 min.
Tempo Nao perfurados Perfurados%Reducao %Reducao
DQO Turbidez DQO Turbidez0 0 0 0 010 5,03 30,6 46,8 020 37,7 44,5 96,8 92,1530 94,04 95,77 99,0 98,3740 97,9 98,4 99,5 99,350 98,2 99,3 99,4 99,260 98,9 99,4 99,6 98,9
0 10 20 30 40 50 60 0
20
40
60
80
100
% R
eduç
ão
Tempo (min)
Turdidez (CF) DQO (CF) Turbidez (SF) DQO (SF)
Figura 5.40: Efeito da geometria dos eletrodos, [surfatante]= 1 g/l, [NaCl]=1g/l, [oleo]= 1,5 g/l, de= 10 mm, δ= 9,4 mA/cm2, CF= eletrodos perfurados,SF= Nao perfurados.
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 100
5.11Custo de operacao
Segundo Kobya et al. [30], citado por Henn. [49] o custo de operacao
inclui: material, principalmente do eletrodo, custo da energia eletrica, do
trabalho, da manutencao, da desidratacao do lodo e disposicao, alem dos custos
fixos.
No trabalho de Asselin et al. [76] avaliou-se o processo de eletrocoagulacao
economicamente, incorporando so os custos de reagentes quımicos, eletrodos,
consumo de energia e disposicao de lodos.
Entretanto, conforme Donini et al. [66] citado por Kobya et al. [30],
os custos de energia e do material do eletrodo representam cerca de 80% dos
custos de operacao. Portanto, serao considerados apenas estes dois fatores como
e mostrado na equacao abaixo:
Cop = a.Cenerg + b.Celetrodo (5-3)
sendo:
Cop = custo de operacao, R$/m3.
a = custo de energia, R$/kWh.
Cenerg = consumo de energia, kWh/m3efluente.
b = custo massico da placa, R$/kgeletrodo.
Celetrodo = consumo do eletrodo, kg/m3efluente.
Foi realizada uma cotacao do custo da energia com a light para a cidade
de Rio de Janeiro no mes de junho de 2008, e o valor obtido para industria e
comercio foi de R$ 0,47333/kWh.
Tambem, foi feito uma cotacao do custo do material do eletrodo com
algumas empresas para chapas de alumınio / ferro de 3m*1m *1mm . O valor
medio encontrado foi de R$ 156,8 para o alumınio, ja para o ferro custou em
media R$ 83 .
De acordo com a equacao 5-3, pode-se calcular o custo de operacao no
reator em batelada, para ambos tipos de anodos. Neste trabalho consideram-
se somente os custos com o desgaste do eletrodo e o consumo de energia,
que representam 80% do valor total. Deve-se ressaltar que este sistema nao
esta otimizado. Logo, o custo se apresentara diferente ao valor obtido apos
modificacoes e otimizacoes.
Cop = a.Cenerg + b.Celetrodo
sendo:
Capıtulo 5. Resultados e Discussao 101
a = custo de energia, 0,47333 R$/kWh.
Cenerg = consumo de energia, 3,72 (Al) e 4,15 (Fe) kWh/m3efluente.
b = custo massico da placa, 19,3 R$/kgAl e 4,1 R$/kgFe
Celetrodo = consumo do eletrodo, kg/m3eletrodo .
Para eletrodo de Alumınio
Cop = 0,47333.3,72 + 19,3 .1,41/(1000.0,0051)
Custo de Operacao = 7,1 R$/m3.
Para eletrodo de ferro
Cop = 0,47333.4,15 + 4,1 .3,78/(1000.0,0051)
Custo de Operacao = 5 R$/m3.
Os resultados obtidos foram feitos trabalhando sob as condicoes de: 7,3
mA/cm2, 30 minutos de operacao, e 6 eletrodos no sistema.
6Conclusoes e Recomendacoes
Uma unidade experimental, em escala de bancada operando num sis-
tema batch, com capacidade de operacao de 5,1 litros foi testada e suas carac-
terısticas principais foram avaliadas. O balanco global da eficiencia do equipa-
mento para o problema proposto foi positivo.
As demais conclusoes relacionadas aos parametros testados nos ensaios
de eletrocoagulacao sao:
1. Dadas as caracterısticas do efluente (efluente sintetico) a eletrocoag-
ulacao se mostrou eficaz no tratamento, tanto em termos da reducao
da DQO e turbidez, quanto em tempos de tratamento.
2. Como e mostrado nos resultados, no decorrer da eletrocoagulacao, a
reducao da DQO e turbidez diminui ate atingir um valor mınimo, o qual
se torna constante apos um certo tempo, e logo desse tempo a continuacao
do processo leva a consumos desnecessarios de energia eletrica e dos
anodos, sem aumentar a remocao do poluente.
3. O eletrodo de alumınio foi mais eficiente que o de ferro, pois consegue
reduzir a turbidez em 92,15% e a DQO em 96,8%, para os primeiros
20 minutos com um aumento de pH de 8,25 para 8,43. Enquanto que
o de ferro aumentou o pH de 9,55 para 11,5 a turbidez decresceu em
98,49% a DQO 94,86% em 30 minutos de operacao, alem do fato de que
o efluente do tratamento com alumınio nao ter apresentado cor residual,
como acorreu com o ferro. Esta maior eficiencia do alumınio pode estar
relacionada com a superior capacidade de adsorcao do hidroxido de
alumınio em relacao aos hidroxidos de ferro (II),(III) .
4. Em relacao aos calculos feitos, o custo de operacao do sistema usando
anodos de alumınio (R$ 7,1/m3 ) e superior em comparacao ao de ferro
(R$ 5/m3). Por isso, um estudo mais aprofundado deve ser realizado para
que se facam otimizacoes com o fim de tornar esta tecnica comercialmente
competitiva.
Capıtulo 6. Conclusoes e Recomendacoes 103
5. A distancia entre os eletrodos e a concentracao inicial de oleo mostram-
se pouco influentes sobre a reducao da DQO e turbidez, segundo os
resultados obtidos. E preciso pesquisar uma combinacao maior dos
parametros e ampliar a faixa dos valores das grandezas analisadas.
6. Os parametros mais significativos foram a densidade de corrente apli-
cada e a relacao area-volume dos eletrodos (SA/V); o aumento destes
parametros permite tempos de tratamentos mais curtos.
A seguir propoem-se as seguintes recomendacoes para trabalhos futuros:
1. Realizar experimentos para determinar a passivacao dos eletrodos, assim
como o uso de corrente alternada, nao tendo sido muito abordado nas
ultimas pesquisas.
2. Testar o sistema aplicado num efluente real e avaliar outros parametros
tais como o total de oleos e graxas (TOG) solidos sedimentaveis e fluxo
de entrada (sistema contınuo).
3. Determinar a quantidade de metal dissolvido no efluente final. Considera-
se isso uma variavel relevante no tratamento de efluentes.
4. Fazer um estudo mais aprofundado com respeito ao tratamento das
borras geradas neste tipo de processo.
5. Estudos cineticos do processo devem ser feitos para a obtencao de mais
dados que ajudem na caracterizacao e escalonamento desta tecnologia.
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Sumario das notacoes
Notacoes alfanumericas
F Constante de Faraday, 96500 C mol−1.
n Numero de eletrons.
R Constante dos gases, 8,314 J mol−1K−1.
T Temperatura, K.
E potencial suministrado a celula, V.
E0 potencial de equilıbrio, V.
I corrente eletrica, A.
Aanodo area total dos anodos, m2.
CF Densidade de carga, F/m3.
t tempo de aplicacao da corrente, s.
mele quantidade de maxima do eletrodo consumida, g.
M Massa molar do elemento predominante no eletrodo, g/mol.
z Numero de eletrons envolvidos na reacao de oxidacao do elemento do anodo.
Cp capacidade calorıfica da solucao, J/K.
de Distancia entre os eletrodos, mm.
Cop custo de operacao, R$/m3.
a custo de energia, R$/kWh.
Cenerg consumo de energia, kWh/m3efluente.
b custo massico da placa, R$/kgeletrodo.
Celetrodo consumo do eletrodo, kg/m3efluente.
U0 Potencial aplicado ao sistema, V.
k condutividade, mho/m.
[oleo] Concentracao do oleo, g/l.
[surfatante] Concentracao de surfatante, oleato de sodio, g/l.
[NaCl] Concentracao de cloreto de sodio, g/l.
Sımbolos Gregos
Sumario das notacoes 112
δ densidade de corrente, A/m2.
ηa,a sobrepotencial de ativacao no anodo, V.
ηa,c sobrepotencial de ativacao no catodo, V.
ηp,a sobrepotencial de passivacao no anodo, V.
|ηc,a| sobrepotencial de concentracao no anodo, V.
|ηc,c| sobrepotencial de concentracao no catodo, V.
AMetodo de determinacao de demanda quımica de oxigeneo(DQO) (Metodo Hatch [80])
A.1Interferencias:
Compostos alifaticos de cadeia linear, hidrocarbonetos aromaticos ( como
benzeno e tolueno) e piridina nao fornecem uma boa oxidacao. Os compostos
de cadeia linear sao mais efetivamente oxidados quando sulfato de prata e
adicionado como catalisador, entretanto, o sulfato de prata reage com cloretos,
brometos ou iodetos produzindo precipitados que sao parcialmente oxidados
pelo processo.
A oxidacao e outras dificuldades causadas pela presenca de cloretos na
amostra, podem ser superadas pelo emprego de um metodo que consiste de
uma tecnica de complexacao para eliminar os cloretos da reacao. Isto e feito
com a adicao de sulfato mercurico a amostra antes do refluxo. Desta maneira, o
ıon cloreto e retirado sob a forma de um complexo soluvel de cloreto mercurico,
que apresenta reatividade muito menor do que o ıon cloreto.
Nitrogenio do nitrito exerce uma DQO de 1,14 mg por mg de N de
nitrito.Para eliminar sua interferencia acido sulfamico deve ser adicionado (na
proporcao de 10 mg para cada mg de N de nitrito presente) a solucao de
dicromato.
Amostras instaveis devem ser logo testadas e aquelas que contem solidos
sedimentados devem ser homogeneizadas, de modo a permitir que a amostra
seja representativa. Caso ocorra algum atraso antes da analise, a amostra deve
ser conservada por acidificacao com acido sulfurico (1 a 2 gotas para cada 20 -30
mL de amostra). Resıduos com um alto valor de DQO devem ser submetidos
a diluicoes iniciais em baloes volumetricos com o objetivo de reduzir o erro
devido a medida de pequenos volumes.
A.2Material necessario:
– Reator Hach (modelo 45600) - consiste de um bloco construıdo em aco
com perfuracoes para encaixe de 25 tubos de amostra. Este bloco e aque-
Apendice A. Metodo de determinacao de demanda quımica de oxigeneo(DQO) (Metodo Hatch [80]) 114
cido a temperatura de digestao, controlada atraves de um termostato, por
um determinado tempo, controlado por um timer.
– Espectrofotometro permite que a leitura de absorbancia, apos a etapa de
digestao, seja feita no proprio tubo de amostra.
– Tubos de amostra Hach - tubos de vidro com tampa rosqueavel apropri-
ados para a digestao e leitura de absosbancia.
– Pipetas volumetricas e Becker para o preparo e medicao das solucoes.
A.3reagentes necessarios
– Ftalato acido de potassio C8H5KO4
– Acido Sulfurico H2SO4
– Sulfato de Prata Ag2SO4
– Sulfato de Mercurio HgSO4
– Dicromato de Potassio K2Cr2O7
A.4Preparacao de Reagentes
A.4.1Solucao padrao de ftalato acido de potassio:
Dissolver 850 mg do ftalato acido de potassio, previamente seco a 103oC
por pelo menos 2 horas, em agua destilada e completar o volume para 1000
mL. Esta solucao corresponde a uma DQO teorica de 1000 ppm. Fazer diluicoes
para se obter os seguintes padroes de DQO (ppm): 100, 200, 400, 500, 600, 800
e 1000.
A.4.2Solucao digestora para a faixa de DQO 0 - 1000 mg/L
Dissolver 10,216 g de K2Cr2O7 (previamente seco a 103 circ|mathrmCoC
por pelo menos 2 horas) em 500 mL de agua destilada. Adicionar 167 mL
(140 mL*) de H2SO4 concentrado e 33,3 g (83* g) de HgSO4. Dissolver,
a temperatura ambiente, e completar o volume para 1000 mL com agua
destilada. Cabe ressaltar que a quantidade de HgSO4 adicionada nesta solucao
e suficiente para complexar uma concentracao de cloretos de ate 2000 mg/l
(6000 mg/l). Para concentracoes maiores, pode-se aumentar a quantidade de
sulfato.
Apendice A. Metodo de determinacao de demanda quımica de oxigeneo(DQO) (Metodo Hatch [80]) 115
A.4.3Solucao catalıtica
Dissolver 10,1196 g de Ag2SO4 em H2SO4 concentrado e completar o
volume par 1000 mL com o acido.
A.5Procedimento
1. Preparo das amostras e do branco Quando necessario, as amostras
sao diluıdas em baloes volumetricos com agua deionizada. Sao, entao,
pipetados 2 mL com pipeta automatica ou volumetrica e adicionados
aos tubos de DQO, tomando-se cuidado para que a amostra nao escorra
pelas paredes do tubo. As analises devem ser feitas em triplicata. Para o
branco sao utilizados 2 mL de agua deionizada no lugar da amostra.
2. Etapa de digestao Em seguida sao adicionados 1,2 mL da solucao
digestora e 2,8 mL da solucao acida, fechando-se hermeticamente os
tubos e homogeneizando-os por sucessivas inversoes. Como a mistura
das solucoes leva ao desprendimento de calor e aquecimento dos tubos,
deve-se ter o cuidado de manusea-los segurando-os somente pela tampa..
Os tubos sao colocados no aparelho de digestao da Hach, previamente
aquecido a uma temperatura de 150 ◦C, e a funcao timer do aparelho
e acionada para um tempo de 2 horas. Imediatamente apos o termino
da digestao, os tubos sao novamente homogeneizados por sucessivas
inversoes (novamente tomando-se cuidado e segurando os tubos pela
tampa) e deixados esfriar em banho de agua a temperatura ambiente.
3. Leitura da Absorbancia Os tubos resfriados sao levados ao espectro-
fotometro para leitura da absorbancia a 600 nm contra um branco
preparado da mesma forma que as amostras.
4. Preparo da curva padrao.
Empregando-se as diluicoes preparadas no ıtem a de Reagentes, e proce-
dendo da forma anteriormente explicada, monta-se uma curva de absorbancia
a 600 nm contra a concentracao de DQO. Esta curva pode ser armazenada
na memoria do espectrofotometro. Quando da determinacao da DQO das
amostras, pode-se ler diretamente a concentracao de DQO obtida ao inves
do valor da absorbancia.
Apendice A. Metodo de determinacao de demanda quımica de oxigeneo(DQO) (Metodo Hatch [80]) 116
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0
200
400
600
800
1000
DQ
O
Absorbância
y = 2494,7X - 6,6358
R 2 = 0,9994
Figura A.1: Tıpica curva obtida com a solucao padrao de ftalato acido depotassio
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