eletrofloculação

Universidade do Estado do Rio de Janeiro

Centro de Tecnologia e Ciências

Aplicação da Técnica de Eletrofloculação no Tratamento de Efluentes Têxteis

Alexandre Andrade Cerqueira

Dissertação de Mestrado

Instituto de Química

Programa de Pós–Graduação em Química

Rio de Janeiro

Abril de 2006

ii

Aplicação da Técnica de Eletrofloculação no Tratamento de Efluentes Têxteis

Alexandre Andrade Cerqueira Dissertação de Mestrado submetida ao Programa de Pós-graduação em Química

do Instituto de Química da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do título de Mestre em Ciências (M.

Sc.), realizada sob a orientação do Professor Carlos Russo (Departamento de

Tecnologia dos Processos Bioquímicos/IQ/UERJ)

Rio de Janeiro

Abril de 2006

Universidade do Estado do Rio de Janeiro Centro de Tecnologia e Ciências

Instituto de Química

iii

Dissertação de Mestrado: “Aplicação da técnica de eletrofloculação no tratamento

de efluentes têxteis”

Autor: Alexandre Andrade Cerqueira

Orientador: Professor Carlos Russo

Data da Apresentação: 10 de abril de 2006

Aprovado por:

_______________________________________________________

Prof. Carlos Russo, Ph.D.

Departamento de Tecnologia dos Processos Bioquímicos/IQ/UERJ

_______________________________________________________

Prof. Achilles Junqueira Bourdot Dutra, D. Sc.

Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, COPPE/UFRJ

_______________________________________________________

Prof. Fábio Merçon, D.Sc.

Departamento de Tecnologia dos Processos Bioquímicos/IQ/UERJ

RIO DE JANEIRO

2006

iv

C416 Cerqueira, Alexandre Andrade Aplicação da técnica de eletrofloculação no tratamento de

efluentes têxteis / Alexandre Andrade Cerqueira. – 2006. 111f. Orientador: Carlos Russo Dissertação (mestrado) – Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Instituto de Química.

1. Água – Purificação - Coagulação – Teses. 2. Águas Residuais – Purificação - Floculação – Teses. 3. Águas Residuais –Purificação – Remoção de Cor – Teses. I. Russo, Carlos. II. Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Instituto de Química. III. Título.

CDU 628.162

v

Aos meus pais Walter e Paulimar,

meus irmãos José Paulo, Elias e Ludimilla

que pelo apoio, amizade e carinho

me possibilitaram chegar ao final

de mais uma jornada.

vi

Agradecimentos • Primeiramente a Deus, por ter me dado forças e sabedoria para encarar as

dificuldades nessa longa jornada.

• Ao meu orientador e amigo Professor Carlos Russo pela paciência na

orientação, grande competência e incentivo.

• A professora Mônica Regina pela amizade, paciência e incentivo, e por me

aceitar nos seu laboratório e dar suporte na aquisição dos equipamentos para

realização dos ensaios práticos.

• A todos os meus amigos, especialmente a o João Branco, Fernando

Marques, Alexandre Becker e o Eli Santos Cruz, pelo grande incentivo e apoio.

• Ao Vítor e Francisco Nogueira da Peltron pela amizade, suporte técnico e

montagem do equipamento piloto de eletrofloculação.

• A CAPES e a UERJ pelos auxílios concedidos.

• Aos meus amigos do laboratório 304 (Débora e Luizinho), pelo apoio e

incentivo.

• A Karen pela compreensão e carinho e por ter me apoiado nos momentos

mais difíceis da elaboração e montagem da dissertação.

• A Viviane (secretária do mestrado) pela amizade e apoio.

• A todos os meus colegas do Curso de Mestrado pela amizade e

convivência, e principalmente a Kelley minha querida amiga por sempre estarmos

compartilhando de companheirismo e amizade.

• Ao Professor Luna e a Daniele do LACAM pelas análises de

Espectrometria de metais.

• A o Professor Mauro Villas Boas do LABCON pela amizade, incentivo e por

ter cedido diversas vezes o laboratório de físico-química para se realizar diversos

ensaios técnicos.

vii

Resumo da Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em

Química do Instituto de Química da Universidade do Estado do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Mestre em Ciência (M.

Sc.).

Aplicação da técnica de eletrofloculação no tratamento de efluentes têxteis


Abril de 2006

Orientador: Prof. Carlos Russo

A poluição dos corpos d’água proveniente dos efluentes têxteis provoca

alterações em ciclos biológicos afetando principalmente a fotossíntese. Além

disso, algumas classes de corantes podem ser carcinogênicos e/ou mutagênicos.

Devido à dificuldade em se tratar estes efluentes, novas tecnologias têm sido

investigadas. Neste contexto, a eletrofloculação surge com uma técnica

promissora, devido à sua eficiência e possibilidade de reuso da água. O presente

trabalho tem como objetivo estudar a aplicação do processo de eletrofloculação

no tratamento de efluentes de uma indústria têxtil. O processo de eletrofloculação

foi realizado em um reator de batelada utilizando eletrodos de ferro e alumínio. A

influência dos seguintes parâmetros foi avaliada: natureza e distância do eletrodo,

variação de pH, potencial elétrico aplicado e tempo de operação. Os resultados

obtidos indicaram que o processo de eletrofloculação nas condições operacionais

estudadas é uma alternativa tecnicamente viável para a remoção de DQO, cor e

turbidez, a qual foi, respectivamente, de 87%, 95% e 100%.

viii

Abstract of Dissertation presented to the Programa de Pós-graduação em

Química of Instituto de Química at Universidade do Estado do Rio de Janeiro, as a

partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M. Sc.).

Aplication of electrofloculation in the treatment of textile effluents


April, 2006

Dissertation Supervisor: Prof. Carlos Russo

The pollution of the stream waters through textille effluents causes

alterations in biological cycles affecting the photosynthesis mainly. Moreover,

some class of dyes can be carcinogenic and/or mutagenic. Due to difficulty in

treating these effluents new technologies have been investigated. In the present

work, electrofloculation appears to be a very promising technique, due to relatively

high efficiency and possibility of water reuse. The present work emend has

objective to study the application of electrofloculation in the treatment of effluents

of a textile industry. The process was carried out in a batch reactor using

electrodes either iron or aluminum. The influence of the following parameters was

evaluated: nature and distance between electrodes, pH, electric potential applied

and operation time. The results indicated that the process of electrofloculation in

these operational conditions is a technical viable alternative for the removal of

COD, color and turbidity, which were, respectively, of 87%, 95% and 100%.

ix

Sumário 1. Introdução.......................................................................................................... 21

1.1. Água no Mundo................................................................................... 21 2. Objetivo.............................................................................................................. 25 3. Revisão bibliográfica.......................................................................................... 26

3.1. Efluentes têxteis................................................................................... 26

3.1.1. Corantes................................................................................. 26

3.1.1.1.Fixação do corante.................................................... 27

3.1.1.2. Classificação............................................................. 29

3.1.2. Produtos químicos auxiliares.................................................. 34

3.2. Metodologia de tratamento de efluentes têxteis................................... 36

3.3. Remoção de substâncias em estado coloidal – coagulação / floculação.................................................................................................... 39

3. 3.1. Impactos causados por agentes coagulantes e floculantes....................................................................................... 43

3. 4. O processo eletrolítico........................................................................ 44

3. 4.1. Histórico................................................................................ 44

3. 4.2. Eletrofloculação.................................................................... 45

3.4.2.1. Tipos de reações envolvidas no processo de eletrofloculação..................................................................... 46

3.4.2.2. Reator de eletrofloculação....................................... 49

3.4.2.3. Parâmetros associados à eletrofloculação.............. 50

3.4.3. Comparação entre os processos eletrolíticos e de lodos ativados........................................................................................... 53

3.4.4. Aplicações da eletrofloculação.............................................. 55

x

3.4.4.1. Processos de EF aplicados ao tratamento de efluentes industriais.............................................................. 56

3.4.4.2. Processos de EF aplicados ao tratamento de efluentes têxteis.................................................................... 61

3.4.4.3. Unidades de tratamento de despejos reais............. 65

4. Materiais e métodos.......................................................................................... 68

4.1. Produtos Químicos.............................................................................. 68

4.2. Equipamentos..................................................................................... 69

4.3. Procedimentos.................................................................................... 70

4.3.1. Procedimentos de coleta de amostras de efluentes líquidos............................................................................................ 70

4.3.2. Procedimento experimental................................................... 70

4.3.2.1. Determinação de DQO – método colorimétrico – refluxo fechado..................................................................... 72

5. Resultados e Discussão.................................................................................... 74

5.1. Parâmetros analisados........................................................................ 75

5.2. Avaliação da EF no tratamento de efluentes...................................... 76

5.3. Caracterização do efluente após EF................................................... 91

5.4. Desgaste de massa de eletrodo e consumo de energia elétrica........ 93

5.5. Eletrodo híbrido................................................................................... 95

5.6. Avaliação de Al e Fe residual na amostra de efluente bruto e após a EF................................................................................................................99

5.7. Comparação do processo de EF com o processo utilizado pela indústria têxtil........................................................................................... 101

6. Considerações finais...................................................................................... 102 7. Conclusão....................................................................................................... 104 8. Referências bibliográficas............................................................................... 105

xi

Lista de figuras • Figura 1 – Água no mundo.............................................................................. 22 • Figura 2 – Utilização de água doce................................................................. 23 • Figura 3 – Água doce no mundo..................................................................... 23 • Figura 4 – Estrutura química dos principais grupos presentes em fibras têxteis

naturais e sintéticas......................................................................................... 27 • Figura 5 – Exemplo da ligação Iônica entre o corante (D) e os grupos amino da

fibra de lã......................................................................................................... 28 • Figura 6 – Exemplo da ligação covalente entre um corante contendo grupos

reativos (triazina) e grupos hidroxila presentes na celulose da fibra de algodão............................................................................................................ 28

• Figura 7 – Exemplo da ligação de hidrogênio entre o corante sulfonado e os

grupos carboxilas da fibra de lã....................................................................... 29 • Figura 8 – Exemplo do processo de tintura de algodão com corante contendo o

grupo sulfatoetilsulfona como centro reativo da molécula............................... 30 • Figura 9 – Exemplo de corante direto (corante vermelho congo) contendo

grupos diazo como grupos cromóforo............................................................. 30 • Figura 10 – Estrutura molecular do corante ácido violeta............................... 31 • Figura 11 – Exemplo do processo de redução do corante à cuba com ditionito

de sódio........................................................................................................... 32 • Figura 12 – Exemplo da reação de corantes contendo grupo tiossulfato com

íon sulfeto e subseqüente formação dos corantes com pontes de dissulfeto.......................................................................................................... 32

• Figura 13 – Exemplo de corante solubilizado temporariamente através de

reação de hidrólise (Corante Vermelho de Ionamina KA)............................... 33 • Figura 14 – Exemplo de tintura da lã com o corante pré-metalizado

cromo/corante 1:1 através do grupo amino como ligante e o centro metálico do corante............................................................................................................. 33

xii

• Figura 15 – Exemplo de corante branqueador (corante fluorescente 32) contendo o grupo triazina usado no branqueador de algodão, poliamida, lã e papel................................................................................................................ 34

• Figura 16 – Características dos efluentes líquidos.......................................... 37 • Figura 17 – Esquema geral de um sistema de tratamento de efluentes

líquidos............................................................................................................ 37 • Figura 18 - Curvas de energia de repulsão e atração em função da distância

entre duas partículas coloidais semelhantes em solução de baixa concentração iônica......................................................................................... 40

• Figura 19 – Curvas de energia de repulsão e atração em função da distância

entre duas partículas coloidais semelhantes em solução de alta concentração iônica............................................................................................................... 41

• Figura 20 – Configuração esquemática da dupla camada elétrica.................. 41 • Figura 21 – Coagulação por neutralização da carga....................................... 42 • Figura 22 – Coagulação por enlace interparticular.......................................... 43 • Figura 23 – Coagulação por rede de precipitação........................................... 43 • Figura 24 – Interações dentro de um reator de eletrocoagulação ...................45 • Figura 25 – Hidrólise do alumínio em função do pH.........................................47 • Figura 26 – Log da concentração das espécies químicas de Fe (III) em solução

aquosa em função do pH .................................................................................48 • Figura 27 - Log da concentração das espécies químicas de Fe (II) em solução

aquosa em função do pH .................................................................................49 • Figura 28 – Reator monopolar......................................................................... 49 • Figura 29 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na

eficiência de remoção de carga orgânica........................................................ 57 • Figura 30 – Variação da quantidade remanescente de nitrato em uma solução

de 100 mg/L de nitrato durante 100 minutos de eletrocoagulação.................. 57 • Figura 31 – Efeito do pH na remoção de fluoretos: concentração inicial de F- =

15 mg/L; tempo de retenção = 32 minutos; e carga = 4,97 F/m3..................... 58 • Figura 32 – Micrografias dos flocos formados................................................. 59 • Figura 33 – Eficiência na remoção de polifenóis, DQO e cor em função do

material do eletrodo......................................................................................... 59

xiii

• Figura 34 - Valores de óleos e graxas em função do tipo de efluente. Efluente Bruto com pH 4,92 (EB); efluente tratado por EF com pH 5,66 (ETE1); efluente tratado por EF com pH 5,94 (ETE2); efluente tratado por EF com inversão de polaridade e pH 7,36 (ETE3) e efluente tratado por EF com pH 9,02 (ETE4)............................................................................................................. 60

• Figura 35 - (a) Efeito da densidade de corrente na remoção de boro

(concentração inicial de boro: 100 mg/L, pH 8.0 e agitação:150 rpm). (b) Efeito da densidade de corrente no consumo de energia (concentração inicial de boro: 100 mg/L, pH 8.0 e agitação:150 rpm)................................................... 60

• Figura 36 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na

eficiência de remoção de cor das soluções de corante (a) castanho e (b) azul.................................................................................................................. 62

• Figura 37 - Efeito da eficiência de remoção da concentração inicial do corante

laranja II........................................................................................................... 63 • Figura 38 - Efeito do pH inicial no consumo do eletrodo................................. 63 • Figura 39 – Efeito do pH inicial na remoção de DQO e turbidez usando

eletrodo de Alumínio (a) e de Ferro (b)........................................................... 64 • Figura 40 – Efeito do tempo de eletrólise sobre a eficiência na remoção de cor.

(Concentração 50mg/L, intensidade de corrente 60 A m2 para BR46 e intensidade de corrente 80 A m2 para BB3 em pH 5.8)................................... 65

• Figura 41 – Evolução da DQO com o tempo de eletrólise de 600mV............. 65 • Figura 42 – Estação Móvel de Eletrofloculação (a) e Estação compacta de

eletrofloculação (b). Fonte: Peltron Indústria e Comércio Ltda. – Divisão de Engenharia Ambiental..................................................................................... 67

• Figura 43 – Diagrama esquemático experimental........................................... 70 • Figura 44 – Eletrodo monopolar de alumínio e ferro, respectivamente........... 71 • Figura 45 – Unidade piloto de eletrofloculação............................................... 71 • Figura 46 – Curva de calibração de DQO....................................................... 73 • Figura 47 – Sistema de tratamento de efluentes líquidos da indústria têxtil... 74 • Figura 48 - efeito da variação de pH, utilizando eletrodo de alumínio com 30

minutos de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,4 A..................... 78 • Figura 49 – efeito da variação de pHi, utilizando eletrodo de ferro com 30

minutos de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,4 A..................... 79

xiv

• Figura 50 – relação entre o pH do efluente antes e após o tratamento por eletrofloculação utilizando eletrodo de alumínio e ferro (intensidade de corrente 0,4 A e tempo de 5, 10 e 20 minutos).............................................................. 80

• Figura 51 – relação entre o pH do efluente antes e após o tratamento por eletrofloculação utilizando eletrodo de alumínio e eletrodo de ferro (intensidade de corrente 0,4 A e tempo de eletrólise de 30 minutos).................................. 80

• Figura 52 – efeito da variação de pHi, utilizando eletrodos de alumínio com 30

minutos de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,6 A. ................... 81 • Figura 53 – efeito da variação do pHi, utilizando eletrodos de Ferro com 30

minutos de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,6 A..................... 82 • Figura 54 – Eletrodo com distância de 0,5 cm................................................ 83 • Figura 55 - Efeito da distância entre eletrodos, utilizando eletrodo de alumínio

com 30 minutos de eletrofloculação, pHi 5 e corrente de 0,6 A...................... 83 • Figura 56 – Efeito da distância entre eletrodos (da esquerda para a direita –

efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de alumínio com 0,5; 1,0 e 1,5 cm, respectivamente)...................................................................................... 84

• Figura 57 - Efeito da distância entre eletrodos, utilizando eletrodo de ferro com

30 minutos de eletrofloculação, pHi 7 e intensidade de corrente de 0,6 A...... 84 • Figura 58 – Efeito da distância entre eletrodos (da esquerda para a direita –

efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de ferro com 1,5; 1,0 e 0,5 cm, respectivamente)............................................................................................. 85

• Figura 59 – Eficiência na remoção de DQO, cor e turbidez em função do

material eletródico. (Tempo de eletrólise 30 minutos, intensidade de corrente aplicada de 0,6 A e pHi 5 para Al e pHi 7 para Fe).......................................... 86

• Figura 60 - Efeito da variação de tempo, utilizando eletrodo de alumínio com

pHi 5 e intensidade de corrente aplicada de 0,6 A.......................................... 87 • Figura 61 - Efeito da variação de tempo, utilizando eletrodo de Ferro com pHi 7

e intensidade de corrente de 0,6 A.................................................................. 88 • Figura 62 - Efeito do aumento da intensidade de corrente para 4 A utilizando

eletrodo de alumínio, pHi 5 e eletrodo de ferro, pHi 7 e 10 minutos de eletrofloculação................................................................................................ 88

• Figura 63 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo

de alumínio, pHi 5 e 10 minutos de eletrofloculação....................................... 89 • Figura 64 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a

direita – efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de alumínio com 1; 2; 3; 4 e 5 A, respectivamente)................................................................................ 90

xv

• Figura 65 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo

de ferro, pHi 7 e 10 minutos de eletrofloculação.............................................. 90 • Figura 66 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a

direita – efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de ferro com 1; 2; 3; 4 e 5 A, respectivamente)...................................................................................... 91

• Figura 67 – Relação entre o pHi do efluente e após a eletrofloculação,

utilizando eletrodo de alumínio e ferro com tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 5 para eletrodo de alumínio e pHi 7 para eletrodo de ferro.................... 91

• Figura 68 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade

de corrente aplicada. Tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 5................... 92 • Figura 69 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade

de corrente aplicada. Tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 7................... 92 • Figura 70 - Potencial medido em função da variação da intensidade de

corrente controlada. pHi 5 e tempo de eletrólise de 10 minutos...................... 93 • Figura 71 - Potencial medido em função da variação da intensidade de

corrente controlada. pHi 7 e tempo de eletrólise de 10 minutos...................... 93 • Figura 72 - Efeito do desgaste do eletrodo de alumínio sobre a energia

consumida....................................................................................................... 94 • Figura 73 - Efeito do desgaste do eletrodo de ferro sobre a energia

consumida....................................................................................................... 94 • Figura 74 - Efeito do aumento da intensidade de corrente para 5 A utilizando

eletrodo híbrido, pHi 6 e 10 minutos de eletrólise............................................ 95 • Figura 75 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo

híbrido, pHi 6 e 10 minutos de eletrofloculação............................................... 96 • Figura 76 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a

direita – efluente bruto; efluente tratado com eletrodo híbrido com 1; 2; 3; 4 e 5 A, respectivamente)......................................................................................... 96

• Figura 77 – Relação entre o pHi do efluente e após a eletrofloculação,

utilizando eletrodo híbrido com tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 6....................................................................................................................... 97

• Figura 78 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade

de corrente aplicada........................................................................................ 97 • Figura 79 – Potencial medido em função da variação da intensidade de

corrente controlada. pHi 6 e tempo de eletrólise de 10 minutos...................... 98

xvi

• Figura 80 - Efeito do desgaste do eletrodo híbrido sobre a energia consumida....................................................................................................... 98

• Figura 81 – Eletrodo híbrido…………………………………………………....… 99

xvii

Lista de Tabelas • Tabela 1 - Produtos químicos auxiliares usados no tingimento de tecidos..... 35 • Tabela 2 - Vantagens e desvantagens das metodologias de tratamento de

efluentes têxteis............................................................................................... 38 • Tabela 3 – Comparação entre processo eletrolítico e lodos ativados no

tratamento de esgotos sanitários..................................................................... 54 • Tabela 4 – Parâmetros obtidos durante a coleta da água residuária afluente à

ETE da indústria (Março a novembro de 2005)............................................... 76 • Tabela 5 – Resultados obtidos após 5 minutos de EF do efluente bruto (i = 0,4

A e pH 11)........................................................................................................ 77 • Tabela 6 – Resultados obtidos (remoção %) variando-se o tempo e o pH do

efluente (i = 0,4 A)........................................................................................... 78 • Tabela 7 – Efluente têxtil amostrado em 24/05, 09/06, 01/07, 27/07 e 25/09 de

2005................................................................................................................. 85 • Tabela 8 – Quantidade remanescente de alumínio e ferro no efluente bruto e

eletrofloculado utilizando eletrodo de alumínio.................................................99 • Tabela 9 – Quantidade remanescente de alumínio e ferro no efluente bruto e

eletrofloculado utilizando eletrodo de ferro.................................................... 100 • Tabela 10 – Quantidade remanescente de alumínio e ferro no efluente bruto e

eletrofloculado utilizando eletrodo híbrido..................................................... 100 • Tabela 11 - Comparação entre tratamento eletrolítico (laboratório) x tratamento

físico-químico (indústria têxtil)....................................................................... 101

xviii

Lista de abreviaturas • CA: corrente alternada • CC: corrente contínua • ddp: diferença de potencial • DQO: demanda química de oxigênio • EB: efluente bruto • EF: eletrofloculação • ETE: estação de tratamento de efluentes • F: constante de Faraday • FAD: flotação por ar dissolvido • i: intensidade de corrente (A) • mA: miliampère • mel: massa de eletrodo • mS: milisiemens • NTU: unidade nefelométrica de turbidez • O & G: óleos e graxas • pHi: pH inicial • pHf: pH final

xix

Parte dessa Dissertação também foi apresentada nos seguintes eventos:

• X Encontro Regional da SBQ Rio, Rio de Janeiro/RJ, 2005; sob título:

“Avaliação de Eletrofloculação (EF) no Tratamento de Efluentes de Lavagem

de Caminhão de Lixo”.

• III Encontro Nacional de Química Ambiental, Cabo Frio/RJ, 2006; sob o título:

“Avaliação da Técnica de Eletrofloculação no Tratamento de Efluentes

Líquidos da Indústria Alimentícia”.

• Submetido e aprovado no: XVI Congresso Brasileiro de Engenharia Química,

Santos/SP, que será realizado em setembro de 2006; sob o título: “Aplicação

da Técnica de Eletrofloculação no Tratamento de Efluentes Têxteis”.

Durante a realização da parte experimental desta Dissertação, o autor teve a

oportunidade de co-orientar os trabalhos de iniciação científica (PIBIC/UERJ) dos

alunos relacionados abaixo, aos quais agradece suas colaborações:

• Ana Lúcia da Conceição Santos, aluna do curso de Licenciatura Química do

IQ/UERJ (março a maio de 2005).

• Rafaela Lima Montagnoli da Silva, aluna do curso de Licenciatura em Química

do IQ/UERJ (maio a dezembro de 2005).

xx

“Sonhe com aquilo que você quiser.

Seja o que você quer ser,

porque você possui apenas uma vida

e nela só se tem uma chance

de fazer aquilo que se quer”.

(CLARICE LISPECTOR)

Cerqueira, A. A. _______ _ Introdução

21

1. Introdução

Durante séculos, a humanidade tratou o meio ambiente como se este fosse uma

fonte inesgotável de recursos naturais a serem explorados e utilizados sem restrições. Os

homens imaginavam que a natureza teria capacidade de reciclar-se indefinidamente e

assim fornecer tais recursos necessários à vida: ar puro, terras férteis, clima ameno e,

sobretudo, água potável.

Foi somente nos últimos trinta anos, depois de mais de um século de

extraordinário progresso científico e material, que ganhou força a idéia de que o uso

irrestrito e indiscriminado dos recursos naturais poderia levar à destruição da vida no

planeta. As florestas, os oceanos, os rios e a atmosfera passaram, pois, a ser objeto de

preocupações e cuidados por parte de todos. (Silva. et al., 2003).

Não obstante, os problemas ambientais têm se tornado cada vez mais críticos e

freqüentes, principalmente devido ao exponencial crescimento da população e ao

aumento da atividade produtiva. Com estes ingredientes os problemas devido à ação

antrópica têm atingido dimensões catastróficas, que podem ser observadas através de

alterações na qualidade do solo, do ar e da água. (Kunz et al., 2000).

Neste contexto, um dos temas de importância crescente é relacionado aos

recursos hídricos, cuja exploração econômica, regulação de sua utilização e sua

escassez têm ocupado relevante papel nos diferentes ordenamentos jurídicos.

A água é um elemento vital para o ser vivo. Por ser um bem natural cada dia mais

escasso, o seu suprimento é considerado pelos especialistas um dos temas mais

importantes do século XXI e, como tal, já está sendo encarado como o recurso

econômico mais valioso do futuro (Silva. et al., 2003).

1.1. Água no mundo

A água é o recurso mais abundante dos encontrados na natureza e cobre

aproximadamente ¾ da superfície do planeta, entretanto alguns fatores limitam a

quantidade de água disponível para o consumo humano, apenas 0,6% é de água doce

disponível (Figura 1). O “Instituto Worldwatch” estima que, atualmente, cerca de 1,2

bilhões de pessoas não dispõe de fontes de água potável no mundo. Por outro lado, a

Organização Mundial de Saúde estima que 80% das doenças e mortes de crianças nos

países em desenvolvimento é causada por água contaminada (Lora, 2002).


22

Como poluição da água define-se a presença na mesma de impurezas em

quantidade e natureza tal que não permite a sua utilização para consumo humano,

agrícola e industrial.

A Figura 2 apresenta o percentual de utilização de água doce. A demanda de

água está crescendo rapidamente à medida que a população, a atividade industrial e a

agricultura irrigada se expandem. De 1940 a 1980, as extrações de água doce dos rios,

lagos e fontes subterrâneas quadruplicaram-se. Estima-se que no ano 2050 entre 1,0x109

e 2,4x109 pessoas viverão em países com recursos de água escassos. O Brasil não está

isento dos problemas de poluição das águas, principalmente nas regiões com alta

densidade populacional e grande concentração de indústrias. Embora tenha 13% da

quantidade de água doce no mundo (Figura 3). As cidades de Recife e São Paulo já

apresentam sérios problemas de escassez de água (Lora, 2002).

A poluição aquática é uma das mais sérias, já que provoca mudanças nas

características físicas, químicas e biológicas das águas. Essas mudanças interferem na

sua qualidade, impossibilitando o seu consumo pelo ser humano (FEEMA, 1994).

A poluição resultante do lançamento de efluentes líquidos, nos rios e mares, já se

tornou um problema de graves proporções, particularmente no que se refere às

condições de saúde pública e a integridade ao meio ambiente (Cerqueira, 2000).

97,0%

2,4% 0,6%

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

ÁGUASALGADA

ÁGUA NOSPOLOS

ÁGUA DOCE

Figura 1 – Água no mundo (Lora, 2002)


23

A legislação ambiental, cada vez mais rigorosa, está obrigando que os efluentes

industriais sejam tratados antes do descarte, para evitar problemas ecológicos e

toxicológicos sérios (Paschoal e Filho, 2005).

Dentro desse contexto, o setor têxtil apresenta um especial destaque, devido a

seu grande parque industrial instalado e por gerar grandes volumes de efluentes, os

quais, quando não corretamente tratados, podem causar sérios problemas de

contaminação ambiental.

A indústria têxtil é uma das maiores geradoras de efluentes líquidos, devido à

grande quantidade de água utilizada nos processos de acabamento. Os efluentes

13,0%

9,0%8,0% 8,0%

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

BRASIL CHINA USA CANADÁ

Figura 3 – Água doce no mundo (Lora, 2002).

Figura 2 – Utilização de água doce (Lora, 2002).


24

provenientes destas indústrias são complexos, contendo uma ampla variedade de

corantes e outros produtos tais como dispersantes, ácidos, bases, sais, detergentes,

umectantes, oxidantes, entre outros. O efluente líquido final provém de águas de

processo, águas de lavagem e águas de resfriamento. As águas de lavagem representam

60% a 70% do total do consumo de água. Apresentam elevados valores da demanda

química de oxigênio (DQO), condutividade elétrica e normalmente são alcalinos.

Os efluentes têxteis caracterizam-se por serem altamente coloridos, devido à

presença de corantes que não se fixam na fibra durante o processo de tingimento (Kunz

et al., 2002).

Cerqueira, A. A. _ ______ __ _ Objetivo

25

2. Objetivo • O presente trabalho tem como objetivo estudar a viabilidade técnica da aplicação do

processo de eletrofloculação na remoção de DQO, cor e turbidez de um efluente de

uma indústria têxtil.

• Caracterização do efluente têxtil: DQO, cor, turbidez, condutividade e pH.

• Avaliação dos melhores parâmetros: pH, intensidade de corrente, tempo, material dos

eletrodos (Al/Fe), distância entre eletrodos.

• Avaliação da eletrofloculação em bancada.

• Comparação da técnica de eletrofloculação x tratamento físico-químico da indústria

têxtil.

• Análise de metais residuais tanto no efluente bruto, quanto no efluente eletrofloculado

(Al/Fe).

Cerqueira, A. A. _ __ ________ _ Revisão Bibliográfica

26

3. Revisão bibliográfica 3.1. Efluentes têxteis 3.1.1. Corantes

As indústrias têxteis consomem grandes volumes de água (tipicamente 200 –

400L são necessários para produzir 1 kg de tecido) e produtos químicos durante os

processos têxteis a úmido (Robinson et al., 2000).

Mesmo a baixas concentrações, a presença de corantes no efluente é

extremamente visível e indesejável (Nigam et al., 2000). A maioria dos corantes são

resistentes à descoloração, à exposição a luz, à água e a muitos produtos químicos

devido a estes possuírem estrutura complexa e de origem sintética.

A tecnologia moderna no tingimento consiste de inúmeras etapas que são

escolhidas de acordo com a natureza da fibra têxtil, as características estruturais, a

classificação e disponibilidade do corante para aplicação, as propriedades de fixação

compatíveis com o destino do material a ser tingido, considerações econômicas e muitas

outras (Guarantini e Zanoni, 2000).

Durante o processo de tingimento três etapas são consideradas importantes: a

montagem, a fixação e o tratamento final.

A fixação do corante à fibra é feita através de reações químicas, da simples

insolubilização do corante ou de derivados gerados e ocorre usualmente em diferentes

etapas durante a fase de montagem e fixação. Entretanto, todo processo de tintura

envolve como operação final uma etapa de lavagem em banhos correntes para retirada

do excesso de corante original ou corante hidrolisado não fixado à fibra nas etapas

precedentes.

O processo de tingimento é um dos fatores fundamentais no sucesso comercial

dos produtos têxteis. Além da padronagem e beleza da cor, o consumidor normalmente

exige algumas características básicas do produto, elevado grau de fixação em relação à

luz, lavagem e transpiração, tanto inicialmente quanto após uso prolongado. Para garantir

essas propriedades, as substâncias que conferem coloração à fibra devem apresentar

alta afinidade, uniformidade na coloração, resistência aos agentes desencadeadores do

desbotamento e ainda apresentar-se viável economicamente (Alcântara & Daltin, 1996).

As fibras têxteis podem ser divididas em dois grandes grupos denominados fibras

naturais e sintéticas (Alcântara & Daltin,1996 e Guarantini & Zanoni, 2000), cujas

estruturas químicas principais são mostradas na Figura 4. As fibras naturais mais

utilizadas são baseadas em celulose (cadeias poliméricas lineares de glucose) (Figura

4a) e proteína (polímero complexo composto de diferentes aminoácidos) (Figura 4b);


27

presentes na lã, seda, algodão e linho. As fibras sintéticas (Figura 4c) são

comercializadas como viscose (xantato de celulose obtida da madeira) (Figura 4d),

acetato de celulose (triacetato de celulose obtido da madeira) (Figura 4e), poliamida

(condensação do ácido adípico e hexametileno diamina) (Figura 4f), poliéster (polímero

do ácido tereftálico e etilenoglicol) (Figura 4g ) e acrílico (polimerização da acrilonitrila)

(Figura 4h).

Figura 4 – Estrutura química dos principais grupos presentes em fibras

têxteis naturais e sintéticas (Guarantini & Zanoni, 2000).

3.1.1.1. Fixação do corante

A forma de fixação da molécula do corante as fibras geralmente é feita em

solução aquosa e pode envolver basicamente quatro tipos de interações: ligação iônica,

ligação covalente, ligação de hidrogênio e interações de van der Waals.

a.– Celulose natural

b - Proteína

c – Celulose sintética

d – Xantato de celulose

e – Triacetato de celulose

f – Poliamida

g – Poliéster

h - Poliacrilonitrila


28

a) Ligação Iônica - São tingimentos baseados em interações mútuas entre o centro

positivo dos grupos amino e carboxilato presentes na fibra e a carga iônica da molécula

do corante ou vice-versa (ver Figura 5). Exemplos característicos deste tipo de interação

são encontrados na tintura da lã, seda e poliamida.

b) Ligação Covalente - São provenientes da formação de uma ligação covalente entre a

molécula do corante contendo grupo reativo (grupo eletrofílico) e resíduos nucleofílicos

da fibra. Exemplos característicos deste tipo de interação são tinturas de fibra de algodão

(Figura 6).

c) Interações de van der Waals - São tingimentos baseados na interação proveniente

da aproximação máxima entre orbitais π do corante e da molécula da fibra, de tal modo

que as moléculas do corante são “ancoradas” firmemente sobre a fibra por um processo

de afinidade, sem formar uma ligação propriamente dita. Esta atração é especialmente

efetiva quando a molécula do corante é linear/longa e/ou achatada e pode assim se

aproximar o máximo possível da molécula da fibra. Exemplos característicos deste tipo

Figura 5 – Exemplo da ligação Iônica entre o corante (Na+D-) e os grupos

amino da fibra de lã (Guarantini & Zanoni, 2000).

grupos disponíveis da fibra em meio ácido

corante

interação iônica entre o corante (D) e a fibra

fibra

corante

Figura 6 – Exemplo da ligação covalente entre um corante contendo grupos

reativos (triazina) e grupos hidroxila presentes na celulose da fibra de algodão

(Guarantini & Zanoni, 2000).


29

de interação são encontrados na tintura de lã e poliéster com corantes com alta afinidade

por celulose.

d) Ligação de Hidrogênio - São tinturas provenientes da ligação entre átomos de

hidrogênio covalentemente ligados no corante e pares de elétrons livres de átomos

doadores em centros presentes na fibra. Exemplos característicos deste tipo de interação

são encontrados na tintura de lã (Figura 7), seda e fibras sintéticas como acetato de

celulose.

3.1.1.2. Classificação

Os corantes podem ser classificados de acordo com sua estrutura química

(antraquinona, azo e etc.) ou de acordo com o método pelo qual ele é fixado à fibra têxtil

(Alcântara & Daltin, 1996; Guarantini & Zanoni, 2000).

Os principais grupos de corantes classificados pelo modo de fixação são

mostrados a seguir:

a) Corantes reativos - são corantes contendo um grupo eletrofílico (reativo) capaz de

formar ligação covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino,

hidroxila e tióis das fibras protéicas e também com grupos amino das poliamidas.

Existem numerosos tipos de corantes reativos, porém os principais contêm a

função azo e antraquinona como grupos cromóforos e os grupos clorotriazinila e

sulfatoetilsulfonila como grupos reativos. Neste tipo de corante, a reação química se

processa diretamente através da substituição do grupo nucleofílico pelo grupo hidroxila

da celulose. Um exemplo é aquele do tingimento usando compostos contendo

sulfatoetilsulfona, cuja adição do corante à fibra requer apenas a prévia eliminação do

grupo sulfato em meio alcalino gerando o composto vinilsulfona (Alcântara & Daltin, 1996;

Guarantini & Zanoni, 2000), conforme pode ser visto na Figura 8.

Figura 7 – Exemplo da ligação iônica entre o corante sulfonado e os grupos

carboxilas da fibra de lã (Guarantini & Zanoni, 2000).

Corante

Fibra de lã


30

Este grupo de corantes apresenta como característica uma alta solubilidade em

água e o estabelecimento de uma ligação covalente entre o corante e a fibra, cuja ligação

confere maior estabilidade na cor do tecido tingido, quando comparado a outros tipos de

corante em que o processo de coloração se opera através de ligações de maior

intensidade.

b) Corantes Diretos - Este grupo de corantes caracteriza-se como compostos solúveis

em água capazes de tingir fibras de celulose (algodão, viscose, etc.) através de

interações de Van der Waals.

A afinidade do corante é aumentada pelo uso de eletrólitos, pela planaridade na

configuração da molécula do corante ou a dupla ligação conjugada que aumenta a

adsorção do corante sobre a fibra. Esta classe de corantes é constituída principalmente

por corantes contendo mais de um grupo azo (diazo, triazo e etc.)(Figura 9) ou pré-

transformados em complexos metálicos (Alcântara & Daltin, 1996; Guarantini & Zanoni,

2000).

A grande vantagem desta classe de corantes é o alto grau de exaustão durante a

aplicação e conseqüente diminuição do conteúdo do corante nas águas de rejeito.

Figura 9 – Exemplo de corante direto (corante vermelho congo) contendo

grupos diazo como grupos cromóforo (Guarantini & Zanoni, 2000).

Figura 8 – Exemplo do processo de tintura de algodão com corante contendo o grupo

sulfatoetilsulfona como centro reativo da molécula (Guarantini & Zanoni, 2000).


31

c) Corantes Azóicos - são compostos coloridos, insolúveis em água, que são

realmente sintetizados sobre a fibra durante o processo de tingimento. Nesse processo a

fibra é impregnada com um composto solúvel em água, conhecido como agente de

acoplamento (naftol) que apresenta alta afinidade por celulose. A adição de um sal de

diazônio (RN2+) provoca uma reação com o agente de acoplamento já fixado na fibra e

produz um corante insolúvel em água (Alcântara & Daltin, 1996).

d) Corantes Ácidos - O termo corante ácido corresponde a um grande grupo de

corantes aniônicos portadores de um a três grupos sulfônicos (Figura 10). Estes grupos

substituintes ionizáveis tornam o corante solúvel em água, e têm vital importância no

método de aplicação do corante em fibras protéicas (lã, seda) e em fibras de poliamida

sintética.

e) Corantes à Cuba - São insolúveis em água, mas que através de redução com

hidrossulfito de sódio em meio alcalino, se transformam em composto solúvel (forma

leuco) (Figura 11). Posteriormente, a subseqüente oxidação pelo ar, peróxido de

hidrogênio etc., regenera a forma original do corante sobre a fibra. (Alcântara & Daltin,

1996).

Figura 10 – Estrutura molecular do corante ácido violeta (Guarantini &

Zanoni, 2000).


32

Neste tipo de corante, o grupo carbonila pode estar situado no grupo etilênico ou

em subunidades alicíclicas, onde n= 1: índigo, n= 2: antraquinona, n= 4: pirantrona etc. A

maior aplicação deste tipo de corante tem sido a tintura de algodão, embora devido às

suas excelentes propriedades de fixação, outros materiais também têm sido utilizados

(Guarantini & Zanoni, 2000).

f) Corantes de Enxofre - É uma classe de corantes que após a aplicação se

caracterizam por compostos macromoleculares com pontes de polissulfetos (- Sn-) (Figura

12), os quais são altamente insolúveis em água. Em princípio são aplicados após pré-

redução em banho de ditionito de sódio que lhes confere a forma solúvel, são reoxidados

subsequentemente sobre a fibra pelo contato com ar.

Estes compostos têm sido utilizados principalmente na tintura de fibras

celulósicas, conferindo cores preta, verde oliva, azul marinho, marrom, apresentando boa

fixação. Entretanto, estes corantes usualmente apresentam resíduos altamente tóxicos.

g) Corantes Dispersivos - Constituem uma classe de corantes insolúveis em água

aplicados em fibras de celulose e outras fibras hidrofóbicas através de suspensão

(partículas entre 1 a 4 micrômetro). Durante o processo de tintura, o corante sofre

hidrólise e a forma originalmente insolúvel é lentamente precipitada na forma dispersa

(finamente dividido) sobre o acetato de celulose (Figura 13). O grau de solubilidade do

corante Forma leuco

Figura 11 – Exemplo do processo de redução do corante à cuba com

ditionito de sódio (Guarantini & Zanoni, 2000).

Figura 12 – Exemplo da reação de corantes contendo grupo tiossulfato com íon sulfeto e

subseqüente formação dos corantes com pontes de dissulfeto (Guarantini & Zanoni,

2000).


33

corante deve ser pequeno, mas influencia diretamente o processo e a qualidade da

tintura.

Usualmente, o processo de tintura ocorre na presença de agentes dispersantes

com longas cadeias que normalmente estabilizam a suspensão do corante facilitando o

contato entre o corante e a fibra hidrofóbica. Esta classe de corantes tem sido utilizada

principalmente para tinturas de fibras sintéticas, tais como: acetato celulose, nylon,

poliéster e poliacrilonitrila.

h) Corantes Pré- Metalizados - São úteis principalmente para tintura de fibras protéicas

e poliamidas. Os corantes são caracterizados pela presença de um grupo hidroxila ou

carboxila na posição orto em relação ao cromóforo azo, permitindo a formação de

complexos com íons metálicos. Neste tipo de tintura, explora-se a capacidade de

interação entre o metal e os grupamentos funcionais portadores de pares de elétrons

livres, como aqueles presentes nas fibras proteicas. Exemplos mais comuns deste grupo

são os complexos estáveis de cromo/corante (1:1) ou (1:2) (Figura 14). A desvantagem

ecológica deste tipo de corante está associada ao alto conteúdo de metal (cromo) nas

águas de rejeito (Guarantini & Zanoni, 2000).

Figura 13 – Exemplo de corante solubilizado temporariamente através de reação

de hidrólise (Corante Vermelho de Ionamina KA) (Guarantini & Zanoni, 2000).

hidrólise

Durante banho de tintura Forma dispersiva

Figura 14 – Exemplo de tintura da lã com o corante pré-metalizado cromo/corante 1:1

através do grupo amino como ligante e o centro metálico do corante (Guarantini &

Zanoni, 2000).

lã


34

i) Corantes Branqueadores - As fibras têxteis no estado bruto por serem compostas

primariamente de materiais orgânicos, apresentam como característica uma aparência

amarelada por absorver luz particularmente na faixa de baixo comprimento de onda. Essa

tonalidade tem sido diminuída na indústria ou na lavanderia pela oxidação da fibra com

alvejantes químicos ou utilizando os corantes brancos também denominados de

branqueadores ópticos ou mesmo branqueadores fluorescentes. Estes corantes

apresentam grupos carboxílicos, azometino (-N=CH-) ou etilênicos (-CH=CH-) aliados a

sistemas benzênicos, naftalênicos, pirênicos e anéis aromáticos (Figura 15) que

proporcionam reflexão por fluorescência na região de 430 a 440 nm quando excitados por

luz ultra-violeta (Guarantini & Zanoni, 2000).

Corantes reativos, solúveis em água e corantes ácidos são os que apresentam

maiores problemas no tratamento do efluente, pois estes tendem a passar através de

sistemas de tratamentos convencionais (Willmott et al., 1998). Outros podem ser

carcinogênicos, como por exemplo, os corantes derivados do benzeno e outros

compostos aromáticos (Baughman & Perenich, 1988).

3.1.2. Produtos químicos auxiliares

De acordo com Araújo (1994), no acabamento têxtil são utilizados os mais

diversos produtos, com a finalidade de conferir as propriedades necessárias tais como:

peso, toque, recuperação da ruga, vinco permanente, impermeabilidade, fungicida,

antitraça, antiestática, antiencolhimento etc.

Nas operações de acabamento têxtil, são utilizados diversos produtos químicos

que podem ser classificados em: ácidos, bases, sais, oxidantes, redutores, solventes

orgânicos e produtos orgânicos diversos (Tabela 1).

Figura 15 – Exemplo de corante branqueador (corante fluorescente 32) contendo o

grupo triazina usado no branqueador de algodão, poliamida, lã e papel (Guarantini

& Zanoni, 2000).


35

Fonte: Peres & Abrahão, 1998.

Os produtos empregados podem ir desde os sais minerais até as resinas

sintéticas.

Nos processos de tingimento de fibras têxteis, além dos corantes que visam o

tingimento da fibra, encontram-se presentes outras substâncias que permitem que ocorra

o fenômeno de adsorção do corante. Um banho de tingimento comum leva uma

formulação de compostos químicos tais como: corantes, seqüestrantes, fixadores,

retardantes e carregadores (“carriers”), entre outros.

Os seqüestrantes interagem com os íons presentes no meio aquoso, mantendo-os

em solução e evitando assim a formação de dureza que leva à precipitação dos corantes

por formação de sais orgânicos. Os tipos mais comuns de seqüestrantes são o EDTA e o

hexametafosfato de sódio.

Os fixadores são substâncias utilizadas para a geração de uma ponte entre a

molécula do corante e a fibra, a fim de evitar a migração do corante do interior da fibra

para o meio externo.

Uma substância retardante é um agente químico adicionado ao banho de

tingimento para reduzir a taxa de adsorção do corante na fibra; ele é adicionado para

evitar uma sobrecoloração de um tecido. Retardantes usualmente estão associados a

tingimento com corantes ácidos.

Produtos Composição Função

Sais Cloreto de sódio

Sulfato de sódio Retardante

Ácidos Acético e sulfúrico Controle de pH

Bases Hidróxido de sódio

Carbonato de sódio Controle de pH

Sequestrantes EDTA Sequestrante

Dispersantes e Surfactantes Aniônicos, catiônicos e não

iônicos

Amaciante, dispersante de

corante

Agentes oxidantes Peróxido de hidrogênio

Nitrito de sódio Insolubilizante de corantes

Agentes redutores Hidrossulfito de sódio

Sulfeto de sódio

Remoção de corantes não

reagidos; solubilizante

Carregadores Bifenilos, dimetil ésteres,

ácido tereftálico e ftalamidasAumenta a absorção

Tabela 1 - Produtos químicos auxiliares usados no tingimento de tecidos


36

Um carregador (“carrier”) é um composto químico adicionado ao banho de

tingimento com o objetivo de alcançar a dispersão do corante sobre poliésteres num

tempo razoável. Estes compostos podem evaporar da fibra após o tingimento ser

alcançado. Eles são prejudiciais ambientalmente, já que geralmente são derivados de policloretos de bifenila ou tricloroetileno. Um corante comercial é uma mistura de corante

e carregador.

Os ácidos fortes mais utilizados são o ácido sulfúrico e o ácido clorídrico. Dentre

os ácidos orgânicos, os mais utilizados são o ácido fórmico e o ácido acético. Estes

ácidos são utilizados no tingimento da lã, no tingimento de fibras sintéticas com corantes

dispersos, no branqueamento com hipoclorito de sódio, na neutralização de tecidos

tratados em meio alcalino, etc.

O tingimento com vários tipos de corantes é feito na presença de um eletrólito. Os

mais usuais são o cloreto de sódio (sal comum) e o sulfato de sódio (sal de Glauber).

A maior utilização dos oxidantes é no branqueamento das fibras, para o qual

pode-se utilizar o hipoclorito de sódio, o cloreto de sódio ou diversos peróxidos. Na

tinturaria utilizam – se ainda outros oxidantes, como o dicromato de potássio, cloreto de

ferro (III) e o nitrito de sódio.

O uso de produtos redutores é menos freqüente na indústria têxtil comparado com

oxidantes.

Os solventes orgânicos podem ser empregados como substitutos da água nos

processos de acabamento têxtil a úmido, constituindo uma via para a redução de

poluição das águas.

O solvente mais utilizado é o percloroetileno, e ele é usado visando

principalmente a limpeza do equipamento mecânico da indústria têxtil (Peruzzo, 2003).

Para facilitar a dissolução de corantes, sobretudo na estamparia, podem ainda

empregar–se pequenas quantidades de metanol, etanol, etilenoglicol etc. Na preparação

dos espessantes de emulsão, utilizam–se solventes orgânicos imiscíveis na água,

sobretudo destilados do petróleo.

Segundo Freitas (2002), a maioria dos auxiliares de tingimento utilizados nas

indústrias têxteis são formulações à base de tensoativos. São substâncias constituídas

por uma parte hidrofílica (polar) e uma parte hidrofóbica (apolar); estas substâncias têm a

propriedade de reduzir a tensão superficial dos líquidos.

3.2. Metodologias de tratamento de efluentes têxteis

Muitos são os métodos utilizados no tratamento de efluentes industriais e estes

podem ser divididos em 3 categorias: químicos, físicos e biológicos (Figura 16).


37

Características dos efluentes líquidos

Características químicas

Característicasfísicas

Características biológicas

SólidosCorOdorTemperatura

Res. animaisRes. vegetaisBactériasVírus

Conteúdo de gases

Conteúdo de inorgânicos

Conteúdo de orgânicos

HidrocarbonetosGorduras

FenóisProteínas, etc.

Gás sulfídricoMetano

Oxigênio

Metais pesadosNitrogênio

FósforoCloretos, etc.

Figura 16 – Características dos efluentes líquidos (Lora, 2002)

Os tratamentos de efluentes industriais envolvem processos necessários à

remoção de impurezas geradas na fabricação de produtos de interesse. Os métodos de

tratamento estão diretamente relacionados ao tipo de efluente gerado, ao controle

operacional da atividade industrial e das características da água utilizada. Um esquema

geral de um sistema de tratamento de efluentes líquidos é mostrado na Figura 17.

Tratamento primário- Equalização- Neutralização- Coagulação- Decantação- Flotação,filtragem

Tratamento secundário(biológico)- Lodos ativados- Biodiscos- Lagoas- Filtros biológicos- Tratamento anaeróbio

Tratamento terciário-Tratamento com ozônio- Adsorção c/ carvão ativado

Tratamento preliminar- Precipitação- Oxidação/Redução

Tratamento de lodos- Espessamento- Flotação- Secagem- Filtração

Tratamento de lodos- Digestão dos lodos

Disposição final dos lodos- Disposição no solo- Lagoas - Incineração

Eflu

ente

Efluente

já tratado

Figura 17 – Esquema geral de um sistema de tratamento de efluentes líquidos

(Lora, 2002).


38

Em tratamento de efluentes têxteis, os processos químicos são baseados na

reação do corante com alguma substância que o converta em uma substância

ambientalmente menos prejudicial. Os físicos procuram a remoção do corante por meio

de retenção deste em algum meio adsorvente ou filtrante. Por último, os biológicos

utilizam oxidação através de bactérias em condições aeróbias ou anaeróbias. A Tabela 2

apresenta as vantagens e desvantagens de alguns dos métodos de remoção de corantes

utilizados na indústria têxtil.

Tabela 2 - Vantagens e desvantagens das metodologias de tratamento de efluentes

têxteis (Freitas, 2002).

Método Vantagens Desvantagens

Reagente Fenton Efetiva descoloração de

corantes Geração de lodo

Ozonização Aplicado no estado gasoso:

não há alteração no volume

Tempo de meia-vida

Curto (20 min)

Fotoquímico Não há produção de lodo Formação de produtos

Carvão ativado Boa remoção de uma ampla

variedade de corantes Bem expansivo

Turfa Bom adsorvente devido à

estrutura molecular

Baixas áreas de superfície

de adsorção

Lascas de madeira Boa capacidade de sorção

de corantes ácidos

Requerem longos tempos de

retenção

Filtração / Membrana Remove todos os tipos de

corantes

Produção de lodo

concentrado

Troca iônica Regeneração: não perde

adsorvente

Não é efetivo para todos os

corantes

Irradiação Oxidação efetiva em escala

laboratorial Requer muito O2 dissolvido

Fonte: Jödicke et al., 2001

A redução do volume de efluentes, através de recirculação e recuperação de

produtos químicos e subprodutos sem o comprometimento da qualidade do produto

acabado, constituem o maior desafio enfrentado pela indústria têxtil (Freitas, 2002).

Durante as últimas décadas, os custos para o tratamento de correntes de águas

residuárias tem tido um aumento constante devido às regulamentações mais rigorosas e

às vantagens econômicas. As indústrias tendem a investir cada vez mais tempo e


39

dinheiro no reuso, recuperação e recirculação dos efluentes têxteis. Estes fatos

propiciaram o desenvolvimento de processos integrados que ajudam a minimizar

sistematicamente, sobretudo, a taxa de fluxo de águas residuárias de várias plantas que

usam água em suas atividades (Jödicke et al., 2001).

3.3. Remoção de substâncias em estado coloidal – coagulação / floculação

A ciência dos colóides ocupa-se de sistemas em que um ou mais componentes

apresentam pelo menos uma de suas dimensões dentro do intervalo de 1 nm a 1µm, ou

seja, refere-se essencialmente a sistemas que contém tanto moléculas grandes como

pequenas partículas.

Os sistemas coloidais podem ser agrupados em três classificações gerais: as

dispersões coloidais, que são termodinamicamente instáveis e classificadas como

irreversíveis por não serem reconstituídas facilmente após a remoção das fases; as

soluções verdadeiras de substâncias macromoleculares, que são termodinamicamente

estáveis e classificadas como reversíveis por serem reconstituídas facilmente após a

separação das fases, e por fim, os eletrólitos coloidais, que são termodinamicamente

estáveis e conferem propriedades iônicas ao sistema, associando-se a outras estruturas

e mantendo a propriedade de formação de micelas.

Alguns sistemas coloidais podem ser cineticamente estáveis, ou seja, não ocorre

a coagulação ou ocorre de maneira desprezível. Há outros sistemas que são

cineticamente instáveis, possuindo considerável coagulação das espécies químicas

presentes. Em tratamento de água, é muito comum a denominação colóides hidrófilos,

como referência àqueles que apresentam afinidade com a água e colóides hidrófobos

(também chamados de suspensóides), que ao contrário dos primeiros, tendem a repelir

moléculas d`água.

Será utilizada a seguir, a teoria DLVO, desenvolvida por Derjaguin-Landau e

Verwey-Overbeek, a qual é a mais aceita e utilizada para explicar a floculação.

A aproximação entre os colóides presentes em solução é conseqüência do

movimento browniano das partículas. Quando dois colóides se aproximam, ocorre

interação entre as camadas difusas, o que leva à repulsão em razão da força eletrostática

entre os mesmos. Essa força de repulsão ocorre porque os colóides possuem cargas de

mesmo sinal (negativo, por exemplo). Entretanto, elas sofrem ação das forças de van der

Waals do tipo dipolo permanente e dipolo induzido, que atuam nos átomos dos colóides,

fazendo com que ocorra atração entre as partículas coloidais. Assim, o sistema que está


40

em estágio de floculação é regido pela interação entre as forças de repulsão de origem

elétrica e de atração do tipo van der Waals.

Quando as forças de repulsão são maiores que as de atração, o sistema está

estável e não ocorre floculação. A energia potencial de repulsão é tanto maior quanto

menor a distância entre as partículas. Quando a concentração iônica é baixa, a energia

resultante é de repulsão, e atinge um valor máximo, conhecido como barreira de energia.

Na Figura 18, tem-se representada a ação das forças envolvidas no processo de

aproximação de dois colóides, quando o sistema possui baixa concentração iônica.

Quando a energia de atração é maior que a de repulsão, ocorre interação entre as

partículas. Caso haja aumento da concentração iônica do meio, será possível ter a

barreira de energia rompida e, então, o contato entre as partículas coloidais ocorrerá. Na

Figura 19 apresentam-se as curvas de energia em um sistema com alta concentração

iônica.

A barreira de energia origina-se na dupla camada elétrica, região em que ocorre

concentração e distribuição de cargas em uma partícula coloidal. A configuração dessa

camada envolve princípios que ainda são estudados. Neste caso, o modelo proposto

possui bases satisfatórias para entender os fenômenos que ocorrem na camada difusa

da dupla camada elétrica, cujo modelo é apresentado na Figura 20.

Figura 18 - Curvas de energia de repulsão e atração em função da distância entre duas

partículas coloidais semelhantes em solução de baixa concentração iônica. (Crespilho &

Rezende, 2004)


41

Figura 20 – Configuração esquemática da dupla camada elétrica (Crespilho & Rezende,

2004)

Figura 19 – Curvas de energia de repulsão e atração em função da distância entre duas

partículas coloidais semelhantes em solução de alta concentração iônica (Crespilho &

Rezende, 2004)


42

A introdução de um novo eletrólito ao sistema coloidal provoca aumento de carga

da camada difusa e diminui o tamanho da mesma, levando a coagulação das espécies

envolvidas. Assim, quando a concentração iônica é relativamente elevada, ocorre

aumento na concentração de íons da camada difusa, a qual, para permanecer

eletricamente neutra, tem seu volume reduzido de forma que as interações de van der

Waals sejam dominantes diante das forças eletrostáticas e de repulsão.

O potencial zeta também chamado de potencial eletrocinético, pode ser utilizado

para determinar a carga eletrostática da superfície das partículas coloidais. O potencial

zeta é o potencial do plano de cisalhamento, localizado no início da camada difusa

(Crespilho & Rezende, 2004).

Uma vez formadas as partículas, agora neutralizadas, estas vão se agregando,

fenômeno este que caracteriza a fase de floculação. Em outras palavras, a floculação

pode ser definida como a etapa de crescimento do tamanho da partícula, sendo que

nesta etapa a agitação deve ser lenta para se evitar o rompimento dos flocos já

formados. Em seqüência às etapas de coagulação-floculação, pode-se utilizar uma

operação clássica na indústria de processamento químico para a separação da fase

sólida da fase líquida, tal como: sedimentação, quando a densidade da fase dispersa

(floco) é maior que a densidade da fase contínua (água) – ou flotação, quando a

densidade do floco é menor que a densidade da fase contínua. No processo de flotação

por ar dissolvido (FAD) ocorre a suspensão do material particulado e/ou coagulado. As

partículas são carreadas por microbolhas, que são geradas no interior do reator. Ao

chegar à superfície do reator, a suspensão (flotado) pode ser removida por processos

convencionais, tais como: raspagem, sucção, etc (Crespilho & Rezende, 2004). As

figuras 21, 22 e 23 ilustram alguns mecanismos associados à coagulação (Lora, 2002).

Figura 21 – Coagulação por neutralização da carga (Lora, 2002).


43

3.3.1. Impactos causados por agentes coagulantes e floculantes

Muitos dos processos utilizados em estações de tratamento de efluentes

envolvem a adição de agentes coagulantes e floculantes, como, por exemplo,

polieletrólitos e eletrólitos como polímeros, sais de ferro e de alumínio. Tratamentos com

polímeros podem causar impactos devido à toxicidade de algumas das espécies

químicas usadas, podendo, mesmo em baixas concentrações, romper o equilíbrio do

meio ambiente em relação à biota do corpo receptor.

Os coagulantes à base de sulfatos elevam a concentração desse íon no efluente

final, podendo alterar a qualidade da água do corpo receptor. Excesso de sulfato no leito

dos rios poderá precipitar o cálcio presente no sedimento e na água ou participar de

processos de oxi-redução na geração de sulfetos em condições anaeróbias. (Crespilho &

Rezende, 2004).

Dessa forma, muitos pesquisadores estão desenvolvendo tratamentos com

reatores eletroquímicos para a descontaminação de diversos tipos de efluentes

industriais. Esse processo consiste na eletrofloculação, no qual um reator eletroquímico é

o centro das reações de coagulação. A eletrofloculação é também chamada de

eletrocoagulação e eletroflotação.

Figura 22 – Coagulação por enlace interparticular (Lora, 2002).

Figura 23 – Coagulação por rede de precipitação (Lora, 2002).


44

3.4. O processo eletrolítico

3.4.1. Histórico

Segundo Silva (2002), o processo eletrolítico tem suas raízes fundadas na

descoberta da eletroquímica com Alexandre Volta, no século XVIII.

Em 1779, o físico italiano Alexandre Volta, com base em seus experimentos sobre

a reatividade dos metais, pôde concluir que os metais possuíam reatividades diferentes.

Por volta de 1796, o mesmo Alexandre Volta desenvolve a primeira pilha voltaica,

constituindo, esta descoberta, o primeiro dispositivo a produzir eletricidade sob a forma

de corrente contínua.

Em 1800, Nicholson e Carlisle descobrem a eletrólise da água e, em 1805,

Grotthus propõe o mecanismo do salto protônico para condução elétrica em soluções

ácidas.

Em 1834, Michael Faraday enunciou as leis quantitativas da eletrólise.

Em 1884, o químico, matemático e físico sueco jovem doutorando, Svante August

Arrhenius, enunciou a Teoria da Dissociação Eletrolítica.

A teoria de Arrhenius permitiu a descoberta de que, em meio aquoso, os íons

transportam a corrente elétrica, sendo esta a base do que mais tarde foi denominado de

processo eletrolítico.

Em 1887, Eugene Hermite patenteou na Inglaterra e na França o processo de

tratamento de esgotos associado com água salgada (mar).

De acordo com Wiendl (1985), no ano de 1889, os ingleses, Willian Webster e

Leeds registraram a patente e construíram, em Londres, uma estação de tratamento

eletrolítico de esgotos. O processo Webster, como ficou conhecido, foi utilizado em 1908,

na estação de tratamento de esgotos de Santa Mônica, na Califórnia, com capacidade

para atender a uma população de 34.000 habitantes. No ano seguinte, J. T. Harris

patenteou um processo eletrolítico com eletrodos de ferro e alumínio.

Em 1909, o Rio de Janeiro sediou o IV Congresso Médico Latino Americano, no

qual Francisco Saturnino de Brito abordou o tratamento eletrolítico de esgotos, mostrando

a necessidade de se aprofundar os estudos (Wiendl, 1985).

Em 1932, segundo Wiendl (1985), o processo Webster foi utilizado no rio Niers e

na estação de tratamento de esgotos de Rhein (Alemanha), alcançando eficiência de

remoção da ordem de 60% de DBO.

Durante a década de 30 do século passado, os processos eletrolíticos foram

sendo gradativamente substituídos pelos processos biológicos. Isso se deu,

provavelmente, em razão das restrições de energia inerentes à época, e ao crescente


45

Coagulação

(Al3+) cátion hidratado

desenvolvimento dos processos de tratamento biológico dos efluentes, iniciados com o

advento do tanque Imhof (tratamento anaeróbico), ficando assim a tecnologia eletrolítica

relegada ao segundo plano.

Em 1962, uma estação eletrolítica piloto em Nápoles (Itália), alcançou a eficiência

de 66% de remoção de DBO (Wiendl, 1985).

De acordo com Silva (2002), Das Gupta em 1979 utilizando eletrodos de fibra de

carbono, no seu processo eletrolítico, obteve remoções de mais de 90% de cor e 60% de

DQO e DBO, além de reduzir a toxicidade do efluente.

De acordo com Leitão & Pires (1991), nos anos 80, a eletrofloculação foi adotada

em alguns municípios paulistas e no Hospital das Clínicas da UNICAMP.

3.4.2. Eletrofloculação

A eletrofloculação é um processo que envolve a geração de coagulantes ¨in situ¨

pela dissolução de íons ferro e/ou alumínio a partir, respectivamente, de eletrodos de

ferro e alumínio pela ação da corrente elétrica aplicada a esses eletrodos. A geração de

íons metálicos ocorre no anodo, enquanto o gás hidrogênio surge no catodo, como

mostra a Figura 24.

Figura 24 - Interações dentro de um reator de eletrocoagulação (Holt et al., 2002).

Corrente contínua

Floco estabilizado

precipitado

POLUENTE Flotação

pH da água

Anodo (oxidação)

Catodo (redução)

Flotação do poluente

elétrons

Floculação

Lodo

elétrons

Poluente sedimentado

H2 formação

de gás


46

De acordo com Silva (2002), em função da complexidade dos fenômenos

envolvidos nos processos eletrolíticos de tratamento de efluentes, ocorrem três estágios

sucessivos de operação:

• Formação de um agente coagulante através da oxidação eletrolítica do eletrodo

de sacrifício (Fe/Al), ocasionando a neutralização das cargas superficiais, a

desestabilização das partículas coloidais e a quebra de emulsões (eletrocoagulação);

• Aglutinação das partículas desestabilizadas pelos hidróxidos de ferro e alumínio,

que são coagulantes naturais favorecendo a formação e o crescimento dos flocos

(eletrofloculação);

• Geração de micro-bolhas de oxigênio (O2) no anodo e de hidrogênio (H2) no

catodo, que sobem à superfície colidindo e sendo adsorvidas pelos flocos, carreando por

arraste as partículas e impurezas em suspensão no meio e promovendo dessa forma a

clarificação do efluente (eletroflotação).

3.4.2.1. Tipos de reações envolvidas no processo de eletrofloculação

Segundo Mollah et al. (2001), o mecanismo da eletrofloculação é altamente

dependente da química do meio aquoso, especialmente a condutividade. Além disso,

outras características, tais como pH, tamanho da partícula e concentrações dos

constituintes influenciam também o processo de eletrofloculação. Conseqüentemente, a

seleção apropriada dos materiais é muito importante, e os mais comuns são o alumínio e

o ferro, pois são baratos, eficazes e prontamente disponíveis. Assim, ambos são

geralmente utilizados em estudos eletroquímicos.

As reações do alumínio e do ferro estão descritas a seguir.

a) Reações do alumínio Oxidação do Al sólido (reação anódica) Al → Al3+ (aq) + 3e− (3.1)

Solvatação do cátion formado

Al3+ (aq) + 6H2O → Al(H2O)63+ (3.2)

Formação do agente coagulante

Al(H2O)63+ → Al(OH)3 (s) + 3H+ + 3H2O (3.3)

Reações secundárias

nAl(OH)3 → Aln(OH)3n (s) (3.4)


47

Entretanto, dependendo do pH do meio aquoso, outras espécies iônicas como

Al(OH)2+, Al2(OH)24+ e Al(OH)4

- também podem estar presentes no sistema (Mollah et al.,

2001).

Pode-se notar que pela Reação 3.4 que vários complexos de alumínio podem ser

formados. A presença desses complexos em solução aquosa confere uma característica

gelatinosa ao meio. Na Figura 25, que acima de pH 7, complexos solúveis podem ser

formados (Crespilho & Rezende, 2004).

Figura 25 - Hidrólise do alumínio em função do pH (Holt et al., 2002).

b) Reações do ferro

O ferro também se oxida através do processo eletrolítico, gerando hidróxido de

ferro.

Mecanismo 1

Anodo: 4Fe(s) → 4Fe2+ (aq) + 8e− (3.5)

4Fe2+ (aq) + 10H2O(l) + O2(g) → 4Fe(OH)3(s) + 8H+ (aq)

(3.6)

Catodo:

8H+ (aq) + 8e− → 4H2(g) (3.7)

Reação global:

4Fe(s) + 10H2O(l) + O2(g) → 4Fe(OH)3(s) + 4H2(g) (3.8)


48

A Figura 26 mostra as condições do pH que favorecem a formação dos complexos

de ferro que podem absorver poluentes ou co-precipitarem, assim, ajudando a melhorar a

qualidade da água (Barrera-Diaz et al., 2003).

Figura 26 – Log da concentração das espécies químicas de Fe (III) em solução aquosa

em função do pH (Barrera-Diaz et al., 2003)

Note que, neste caso (Figura 26), a linha reta representa o equilíbrio de

solubilidade de Fe(OH)3(s) e a linha pontilhada representa os limites de predominância

entre espécies químicas solúveis.

Mecanismo 2

Anodo

Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2e− (3.9)

Fe2+ (aq) + 2OH− (aq) → Fe(OH)2(s) (3.10)

Catodo

2H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2OH− (aq) (3.11)

Reação global:

Fe(s) + 2H2O(l) → Fe(OH)2(s) + H2(g) (3.12)

Na Figura 27, a linha reta representa o equilíbrio de solubilidade de Fe(OH)2(s) e a

linha pontilhada representa os limites de predominância entre espécies químicas

solúveis. (Barrera-Diaz et al., 2003)

Log

Fe

(III

)

pH


49

Figura 27 – Log da concentração das espécies químicas de Fe (II) em solução aquosa em

função do pH (Barrera-Diaz et al., 2003)

Segundo Mollah et al., 2001, as partículas de Fe(OH)n formam uma suspensão

gelatinosa que pode remover os poluentes do efluente por complexação ou atração

eletrostática, seguida de coagulação. A forma mais estável de compostos férricos é o

composto α-FeO(OH), o qual pode formar complexos em que o poluente age como um

ligante (L), de acordo com a equação:

L − H(aq) (OH)OFe(s) → L − OFe(s) + H2O(l) (3.13)

3.4.2.2. Reator de eletrofloculação

Vários tipos de reatores foram propostos na literatura, monopolar, bipolar etc.,

mas, o mais utilizado é o reator monopolar (Mollah, et al., 2001). Em sua forma mais

simples, um reator monopolar de eletrofloculação pode ser composto por uma célula

eletrolítica com um anodo e um catodo. Quando conectado a uma fonte de potencial

externa, o anodo sofre corrosão em decorrência da oxidação, enquanto o catodo é sujeito

a reações de redução. Neste caso, é requerido o uso de eletrodos de grande área, ou a

utilização de eletrodos conectados em paralelo, como mostra a Figura 28. Este reator é

denominado monopolar. Em arranjo paralelo, a corrente elétrica é dividida entre todos os

eletrodos em relação à resistência das celas individuais. Este tipo de reator é o mais

utilizado em tratamento de efluentes industriais.

Log

Fe

(II)

pH

equilíbrio geral

equilíbrio representativo

Fe2+

Fe(OH)2(S)

Fe(OH)3-


50

No caso do reator bipolar, os eletrodos de sacrifício são colocados entre os dois

eletrodos em paralelo (chamados de placas condutoras), sem qualquer conexão elétrica,

só os dois eletrodos monopolares são conectados à fonte de energia elétrica, sem

interconexão entre os eletrodos de sacrifício. Quando a corrente elétrica atravessa dois

eletrodos, os lados neutros da placa adquirem carga oposta à do eletrodo monopolar.

Segundo Silva (2002), na maioria dos eletrodos destinados ao tratamento de

efluentes, os eletrodos são constituídos por materiais idênticos, e isso se deve

principalmente às seguintes razões:

a) Eletrodos iguais, feitos de mesmo material, têm mesmo potencial de eletrodo;

Eletrodos de diferentes materiais implicam na utilização de material diferente de ferro ou

alumínio, o que torna o custo do reator mais elevado;

b) Eletrodos iguais sofrem desgastes uniformes, o que simplifica as intervenções de

substituição dos mesmos.

3.4.2.3. Parâmetros Associados à Eletrofloculação a) Potência do reator

Ao aplicar uma diferença de potencial (ddp) entre dois eletrodos imersos em uma

solução eletrolítica, reações eletroquímicas de oxidação e redução começam a ocorrer no

anodo e no catodo, respectivamente. Tais reações podem ser governadas por fenômenos

Figura 28 – Reator monopolar (Crespilho & Rezende, 2004).

1- fonte de potencial 2- anodo 3- catodo 4- célula eletroquímica 5- efluente 6- agitador magnético


51

associados à eletrólise, que, por sua vez, dependem da ddp aplicada. Por meio das leis

estabelecidas por Faraday, o consumo de elétrons é associado à quantidade total de

substâncias reagentes. Tal fato, em eletrocoagulação, está diretamente relacionado ao

desgaste do eletrodo (corrosão) no processo de geração do agente coagulante. Isso

significa que a geração de alumínio e ou ferro em solução está intimamente relacionada à

carga, que, por sua vez, pode ser controlada pela corrente obtida. Assim, a corrente

medida por um multímetro em um processo de eletrocoagulação é, a princípio,

proporcional a quantidade de alumínio e/ou ferro carregado gerado em solução.

b) Condutividade

A condutividade do efluente, ou seja, a capacidade de conduzir corrente elétrica

deverá ser diretamente proporcionais à quantidade de íons condutores presentes no

líquido. Estes íons são os responsáveis pela condução da corrente elétrica. Evidencia-se

então, que quanto maior for a concentração desses íons no efluente, maior será sua

capacidade de condução de corrente elétrica e maior será a possibilidade de ocorrência

de reações entre as substâncias presentes no efluente, mostrando-se, assim, um fator

positivo que possibilita a redução do consumo energético.

c) Efeito do pH

Uma das maiores vantagens da eletrofloculação é sua capacidade de neutralizar o

pH do efluente, caso este esteja acima ou abaixo de 7. Para efluentes ácidos, a

eletrofloculação tende a subir o valor do pH em decorrência da redução de hidrogênio no

catodo. Outras reações que participam desse equilíbrio são: hidrólise do alumínio e/ou

ferro, formação de oxigênio no anodo, liberação de CO2 (pelo borbulhamento de

hidrogênio no catodo) e formação de outros hidróxidos insolúveis.

d) Distância entre eletrodos

Quanto maior a distância entre os eletrodos, maior deverá ser a ddp aplicada, pois

a solução possui resistividade à passagem de corrente elétrica. Assim, de acordo com as

características do efluente, a distância entre os eletrodos pode variar para melhor

eficiência do processo. Por exemplo, distâncias maiores poderão ser impostas quando a

condutividade do efluente for relativamente elevada; caso contrário, a distância deverá

ser a menor possível para que não ocorra aumento exagerado da potência.


52

e) Passivação e polarização dos eletrodos

Quando a superfície do eletrodo do metal está em contato com o ar, ocorre sobre

sua superfície a formação de um filme muito fino de óxido que faz com que o eletrodo

não sofra corrosão facilmente. Essa camada de óxido pode ser chamada de filme

passivo. Durante a eletrólise, na região próxima ao catodo há excesso de OH-, fazendo

com que a superfície seja atacada por esses ânions e promovendo a formação de um

filme passivo. Uma vez formado o filme passivo, o processo de eletrofloculação pode

estar comprometido pela perda de eficiência em decorrência do aumento da resistividade

do eletrodo.

f) Inversão de polaridade

Com inversão de polaridade, o eletrodo, que se comporta como catodo por

determinado tempo, passa a se comportar como anodo após a inversão de polaridade.

Tal inversão diminui a passivação, aumentando a vida útil do eletrodo em até duas vezes

e, ao mesmo tempo diminuindo a resistividade do sistema (Mollah, 2001). Diante disto, a

intensidade da corrente elétrica no reator não decai rapidamente e o eletrodo passa a

liberar mais íons alumínio e/ou ferro na solução e a formar maior quantidade de grupos

hidroxila, aumentando o pH e a eficiência de remoção dos poluentes.

g) Temperatura

A temperatura é também um fator de primordial importância visto que esta tem

efeito sobre as reações químicas, acelerando-as ou desacelerando-as, imprimindo maior

ou menor solubilidade de gases, propiciando odor, entre outras.

h) Consumo dos eletrodos

É possível quantificar a massa do eletrodo (mel) consumida durante a eletrólise,

pela equação 3.14:

i x t x M

mel = (3.14)

F x n

Em que i é a corrente (A); t, o tempo de aplicação da corrente (s); M, a massa

molar do elemento predominante do eletrodo (g mol-1); n, o número de elétrons


53

envolvidos na reação de oxidação do elemento do anodo; e F, a constante de Faraday

(9,65 x 104 C mol-1).

i) Consumo de energia elétrica

De acordo com a Peltron (2005) o consumo de energia elétrica (P) de um reator

durante a eletrólise é quantificado através da aplicação da Lei de Ohm, onde: Tensão

aplicada (V) multiplicada pela corrente (i) é igual a potência consumida (P) no reator

(Equação 3.15)

P = (V x i) (3.15)

Este dado de potência (P) é necessário para se estabelecer o dimensionamento

do equipamento (conversor/retificador) necessário ao suprimento de energia do reator.

Esta potência também denominada de potência ativa (PA) é estabelecida considerando-

se o tipo de conversão adotada. Podendo ser: conversão CA/CC – monofásica (1Ø). Para

esta configuração, os fabricantes de equipamentos adotam como fator de conversão o

valor de 0,6. Temos então a Equação 3.16.

PA = (P/0,6)-3 (3.16)

Portanto, uma vez estabelecida a potência ativa (PA) podemos inferir que o valor

de kw/h de consumo de um reator eletrolítico é a potência de (PA-3) ou PA x 1-3 = kw/h.

Os dados anteriores deverão ser derivados considerando-se o tempo de detenção

no reator. Considere o resultado de PA dividido pela proporção da base de tempo.

3.4.3. Comparação entre os processos eletrolíticos e de lodos ativados

De acordo com Silva (2002), a comparação entre os processos de tratamento

eletrolítico e de lodos ativados nos permite estabelecer um paralelo das respectivas

relações custo x benefício.

A Tabela 3 mostra uma síntese das informações relevantes sobre os dois

processos utilizados em tratamento de esgotos sanitários.

Em termos de consumo de energia e do tempo de retenção hidráulica do processo

eletrolítico, o investimento mostra-se significativamente menor que a média associada ao processo de lodos ativados e suas variantes.

Toxicidade provocada por metais pesados e outras substâncias no processo de

lodos ativados pode tornar o processo inoperante. No processo eletrolítico, pode ser

considerado irrelevante, já que a base de funcionamento do processo é de caráter

eletroquímico.


54

O pH ótimo de operação dos processos de lodos ativados situa-se em torno da

neutralidade, podendo variar, entretanto, de 5 a 9, sendo que as variações bruscas

podem causar danos ao lodo e, conseqüentemente, ao processo. No processo

eletrolítico, o pH pode variar entre 4 e 10, alterando apenas o consumo de energia,

ajustando-se facilmente a mudanças bruscas.

Tabela 3 – Comparação entre processo eletrolítico e lodos ativados no tratamento de

esgotos sanitários

Fatores Eletrolítico Lodos ativados (média)

Investimento (%) 70 100

Consumo de energia (kwh/m3) 0,15 0,4

Tempo de retenção no reator (horas) 0,5 7,5

Toxidez (sensibilidade) Pouco sensível Muito sensível

Sensibilidade a mudanças de pH Baixa Alta

Flexibilidade (localização / tipo de efluente) Alta Baixa

Salinidade elevada Melhora a eficiência Muito sensível

Temperatura Suporta flutuação Faixa estreita

Volume de lodo úmido (comparatvo) 33 100

Remoção de nitrogênio total (%) 65 40

Remoção de fosfatos (%) 99,7 45

Remoção de DBO (%) 80 90

Remoção de DQO (%) 80 90 Ref.: Tabela montada a partir de dados de Von Sperling (1996), Ramalho (1991), Wiendl (1985) e Leitão e Pires (1991).

Em função de seu pequeno tempo de retenção hidráulica, o processo eletrolítico

demanda o uso de áreas menores e reatores compactos, inclusive com características de

mobilidade para atendimento a diversas áreas se a planta geradora dos despejos

funcionarem por batelada, o que lhe confere grande flexibilidade;

Com relação à salinidade, os processos de lodos ativados, baseados na

degradação feita por microrganismos, podem ser afetados por correntes de efluente de

alta salinidade, enquanto que no processo eletrolítico a salinidade elevada aumenta a

condutividade do efluente, melhorando a eficiência do processo;

Quanto à geração de lodo úmido, constata-se que o tratamento eletrolítico gera cerca de 33% do lodo gerado do processo de lodos ativados;

A remoção de nitrogênio total e de fosfatos no processo de lodos ativados é

significativamente inferior à do processo eletrolítico;

Com relação à remoção de DBO e DQO, o processo de lodos ativados, em geral, tem maior eficiência de remoção.


55

3.4.4. Aplicações da eletrofloculação

Nos últimos anos, o interesse em torno da eletrofloculação vem crescendo muito,

principalmente no que diz respeito à sua simplicidade de operação e aplicação em

diversos tipos de efluentes. Entretanto o número reduzido de estações em

funcionamento, especialmente no Brasil, torna-se obstáculo natural à sua conseqüente

disseminação.

O processo de eletrofloculação tem hoje uma ampla gama de aplicações, dentre

as quais, tratamento de água potável (Sanfan et al., 1987; Vik et al., 1984), tratamento de

esgoto sanitário (Wiendl, 1998), remoção de águas residuárias de restaurantes (Chen, et

al., 2000), refeitório (Xu, et al., 2004), lavanderia (Ge, et al., 2004). Além destas, este

processo é também aplicado no tratamento de efluentes industriais, tais como:

recuperação de metais (Chen, 2004), curtume (Murugananthar, et al., 2004), emulsão

oleosa (Mostefa., et al, 2004; Hosny, 1996), refino de óleo vegetal (Adhoum & Monser,

2004; Inan et al.; 2004), separação de partículas ultrafinas (Matteson et al., 1995),

remoção de flúor (Drondina & Drako, 1994; Shen et al., 2003), têxtil (Chen, et al., 2005;

Can, et al, 2005; Kobia, et al., 2003; Kin et al., 2003), recuperação de corantes (Paschoal

e Filho, 2005) dentre outras.

Segundo Mollah, et al. (2001), as vantagens e as desvantagens da tecnologia de

eletrofloculação (EF) são discutidas abaixo:

a) Vantagens da EF • Requer equipamentos simples e de fácil operação, em que a corrente e o potencial

aplicado, podem ser medidos e controlados de maneira automatizada;

• Há controle maior na liberação do agente coagulante, em comparação com os

processos físico-químicos convencionais;

• Os flocos formados são mais estáveis, podendo ser melhor removidos por simples

filtração;

• Remove as partículas coloidais menores, pois o campo elétrico aplicado promove

mais rapidamente o contato entre elas; facilitando a coagulação;

• Limita o uso de substâncias químicas, minimizando, conseqüentemente, o impacto

negativo causado pelo excesso de xenobióticos lançados no ambiente, fato que

acontece quando a coagulação química empregando polieletrólitos é utilizada no

tratamento de efluentes;


56

• As bolhas de gás produzidas durante a eletrólise podem levar o contaminante ao topo

do reator, onde pode ser concentrado e removido mais facilmente, por raspagem ou

sucção;

• A célula eletrolítica é eletricamente controlada, não necessitando de dispositivos

adicionais, o que requer menos manutenção; e

• Pode ser usada convenientemente em áreas rurais onde a eletricidade não é

disponível, desde que, evidentemente, haja disponível uma fonte de energia elétrica

fornecida, por ex: um painel solar.

• Uma das maiores vantagens da eletrofloculação é a remoção de óleos e graxas. Isso

ocorre devido à facilidade de coagulação e flotação das moléculas de óleos e graxas.

Como conseqüências da interação dessas moléculas com o hidróxido de alumínio,

formam-se colóides cuja densidade é bem menor do que a da água, e estes se

deslocam naturalmente para a superfície do líquido.

b) Desvantagens da EF

• Os eletrodos precisam ser substituídos regularmente, caso sofram passivação ou

desgaste;

• O consumo de energia elétrica pode ser dispendioso em algumas regiões;

• Um filme de óxido impermeável pode ser formado no catodo, conduzindo à perda de

eficiência da unidade;

• Requer alta condutividade do efluente.

3.4.4.1. Processos de eletrofloculação aplicados ao tratamento de efluentes industriais

Silva e colaboradores (2000) estudaram a viabilidade técnica da aplicação do

processo eletrolítico na remoção de DQO a partir de um efluente de uma indústria de

laticínios.

Segundo os autores, a indústria de laticínios constitui uma parcela importante da

indústria de alimentos. A produção de leite e seus derivados geram efluentes que são

grandes fontes de poluição devido ao seu alto teor de carga orgânica.

Os efeitos dos seguintes parâmetros foram avaliados: tipo de material do eletrodo,

(ferro e alumínio) distância entre as placas, condutividade específica da solução, pH e

variação do potencial aplicado.


57

O percentual de remoção de carga orgânica do efluente (DQO) da indústria de

laticínios variou de 60 a 80 %. Os dois tipos de material de eletrodo (alumínio e ferro)

apresentaram eficiência semelhante para remoção de carga orgânica suspensa (Figura

29)

Pesquisas realizadas por Koparal & Ogutveren (2002) mostraram que a remoção

de nitratos de uma solução contendo NaNO3 é mais eficiente quando são aplicados altos

potenciais por longo tempo, alcançando até 85%. Na Figura 30 observa-se a quantidade

remanescente de nitrato em uma solução durante 100 minutos de eletrofloculação,

variando-se o potencial aplicado.

Figura 29 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na eficiência de

remoção de carga orgânica (Silva, 2000).

Figura 30 – Variação da quantidade remanescente de nitrato em uma solução de 100

mg/L de nitrato durante 100 minutos de eletrocoagulação (Koparal & Ogutveren, 2002).

Con

c. R

eman

esce

nte

(mg/

L)

Tempo (minuto)


58

Shen et al., (2003) estudaram a capacidade de eletrodo de alumínio na remoção

de íons fluoretos presentes em solução de fluoreto de sódio.

Segundo os autores, a eficiência da eletrofloculação pode ser devido a forte

interação desses ânions com o hidróxido de alumínio, de acordo com a equação 3.17.

Al (OH)3 + xF- → Al(OH)3-x Fx + xOH- (3.17)

Assim, como pode se observar pela Figura 31 a remoção de fluoreto está

intimamente relacionada ao pH.

Larue e colaboradores (2003) realizaram testes com efluentes que contêm

partículas dissolvidas de látex, utilizando eletrodos de ferro, com o intuito de melhorar a

filtrabilidade das partículas, bem como a sedimentação das mesmas. Foram estudados

três tipos de processo: um acrescentando cloreto férrico, outro adicionando sulfato

ferroso diretamente nas suspensões e o último por eletrofloculação.

Foi observado que, com a eletrofloculação, o tempo de sedimentação é menor, o

que revela sua maior eficiência diante da floculação com sais de ferro, devido ao maior

tamanho dos flocos obtidos com a eletrofloculação (Figura 32), acarretando em uma

sedimentação mais eficiente.

Figura 31 – Efeito do pH na remoção de fluoretos: concentração inicial de F- = 15 mg/L;

tempo de retenção = 32 minutos; e carga = 4,97 F/m3 (Shen et al., 2003).

pH inicial

Concentração de F-

pH

Flúo

r res

idua

l (m

g/L)

pH fi

nal


59

Estudos realizados por Adhoum & Monser (2004), em efluentes da indústria de

extração de óleo de oliva, mostraram uma capacidade de 76% de remoção de DQO, 91%

de polifenóis e de 95% de cor (Figura 33). Para tratar esse tipo de efluente, o consumo

de eletrodo por volume de efluente foi de aproximadamente 2,11 kg/m3. Os eletrodos de

alumínio são mais eficientes na remoção da cor verde escura do efluente do que os de

ferro e a faixa ideal de pH fica entre 4 e 6.

Figura 32 – Micrografias dos flocos formados (Larue et al., 2003).

FeCl3 FeSO4

EF

Rem

oção

(%)

Polifenóis DQO Cor

Ferro Alumínio

Figura 33 – Eficiência na remoção de polifenóis, DQO e cor em função do material

do eletrodo (Adhoun & Monser, 2004).


60

Crespilho & Rezende (2004) estudaram efluentes oriundos da indústria de

processamento de coco utilizando eletrodos de alumínio. Foram avaliados diversos

parâmetros, tais como, variação de pH, redução de cor e turbidez, concentração de óleos

e graxas, dentre outros.

Os autores observaram que a remoção da turbidez ficou em torno de 93% em

relação ao efluente bruto. Além disso, os autores observaram remoção de 96% de O & G

dos efluentes (Figura 34).

Yilmaz, et al (2005) investigaram a remoção do boro de efluentes sintéticos pela

eletrocoagulação, usando eletrodo de alumínio. Foram investigados diversos parâmetros

tais como: pH, densidade de corrente, concentração do boro e natureza e concentração

de eletrólitos.

Segundo os autores, o pH ótimo da solução foi 8,0. A eficiência da remoção do

boro foi mais elevada em 100 mg/L do que em 1000 mg/L. O consumo de energia e da

eficiência da remoção do boro aumentou com aumento da densidade de corrente de 1,2

para 6,0 mA/cm2, como mostra a Figura 35. A maior eficiência da remoção de boro (97%)

foi encontrada utilizando o suporte CaCl2. O CaCl2 adicionado aumentou a condutividade

da solução quando comparado com outros eletrólitos suporte, diminuindo o consumo de

energia. Os resultados mostraram que o método de eletrocoagulação possui elevada

eficácia na remoção de boro das soluções aquosas.

Figura 34 - Valores de óleos e graxas em função do tipo de efluente. Efluente Bruto com

pH 4,92 (EB); efluente tratado por EF com pH 5,66 (ETE1); efluente tratado por EF com

pH 5,94 (ETE2); efluente tratado por EF com inversão de polaridade e pH 7,36 (ETE3) e

efluente tratado por EF com pH 9,02 (ETE4) (Crespilho & Rezende, 2004).


61

Carmona et al (2006), utilizaram um reator eletrolítico com eletrodo de alumínio a

fim de promover a remoção de frações do hidrocarboneto de efluentes. O equilíbrio de

adsorção de matéria orgânica no hidróxido de alumínio foi modelado usando três

equações, observando-se os melhores resultados obtidos usando uma equação do tipo

Langmuir.

Os resultados mostraram a dependência da natureza da suspensão do

hidrocarboneto. O hidróxido de alumínio foi pouco eficiente com a suspensão do

óleo/querosene, mas exibiu uma capacidade mais elevada para remover as frações

pesadas do óleo. As taxas de remoção dos poluentes foram calculadas em função da

concentração inicial e da densidade da corrente. Quando a densidade de corrente era

suficiente para desestabilizar a emulsão, o potencial zeta, medido em pH 7,0 tornou-se

positivo, e ocorreu uma redução significativa na turbidez. Além disso, a aplicação de

densidades de correntes cada vez maiores não permitiu um melhor tratamento do

efluente.

3.4.4.2. Processos de eletrofloculação aplicados ao tratamento de efluentes têxteis

Ciardelli e Ranieri (2000) pesquisaram dois tipos diferentes de tratamento

ozonização e eletrofloculação. O tratamento por meio de ozônio remove bem os corantes

Figura 35 - (a) Efeito da densidade de corrente na remoção de boro (concentração

inicial de boro: 100 mg/L, pH 8.0 e agitação:150 rpm). (b) Efeito da densidade de

corrente no consumo de energia (concentração inicial de boro: 100 mg/L, pH 8.0 e

agitação:150 rpm) (Yilmaz et al., 2005).

Rem

oção

de

boro

(%)

Tempo (minuto) Tempo (minuto)

Ene

rgia

(kw

h/m

3 )


62

(95 – 99%) e as águas tratadas foram reusadas satisfatoriamente. Apesar da DQO de

águas tratadas estarem na faixa de 75 – 120 mg/L, estas são consideradas altas para

reciclagem, especialmente no tingimento de cores claras. O tratamento eletroquímico

mostrou–se muito eficiente na remoção de cor 80 – 100% e DQO 70 – 90%.

Silva e colaboradores (2000) estudaram a viabilidade técnica da aplicação do

processo eletrolítico na remoção de cor a partir de soluções sintéticas de corantes têxteis

sulfurosos, utilizando os seguintes eletrodos: aço carbono (ABNT 1020) e alumínio.

A Figura 36 mostra os resultados de remoção de cor, com um tempo de eletrólise

de 20 minutos e uma diferença de potencial aplicada de 5,0 V. A remoção foi

aproximadamente 97% para a solução de corante castanho e de 99% para a solução de

corante azul com eletrodos de aço, enquanto que com eletrodos de alumínio, a remoção

de cor foi menor que 96%. Os resultados obtidos indicaram que o processo eletrolítico,

nas condições operacionais estudadas, é uma alternativa tecnicamente viável para a

remoção de cor relacionada com corantes sulfurosos.

A descoloração da solução do corante laranja II estudada por Daneshvar et al.

(2003) usando o método da eletrofloculação foi estudada. Os resultados experimentais

revelaram que a remoção de cor da fase aquosa foi de 98% com uma remoção 84% de

DQO utilizando eletrodo de ferro (Figura 37). A densidade de corrente ideal foi de 34 A/m2

no tempo de contato de 15 min e tendo como melhor distância entre os eletrodos 2 cm.

Figura 36 - Comparação entre eletrodos de alumínio e aço carbono na eficiência de

remoção de cor das soluções de corante (a) castanho e (b) azul (Silva, et al., 2000).


63

Kobya e colaboradores (2003) estudaram o tratamento de efluentes têxteis por

eletrofloculação usando eletrodos de ferro e de alumínio. Os autores observaram que os

eletrodos de sacrifício de alumínio e ferro para tratamentos eletrolíticos são diretamente

dependentes do pH (Figura 38). De acordo com os resultados obtidos, em pH < 6,

usando o eletrodo de alumínio, tem-se um melhor resultado de remoção de DQO e de

turbidez. Já em pH neutro ou alcalino, observou-se que o eletrodo de ferro é mais

eficiente (Figura 39).

Figura 37 - Efeito da eficiência de remoção da concentração inicial do corante laranja II.

(Daneshvar et al, 2003).

Tempo de eletrólise (min)

Rem

oção

de

cora

nte

(%)

Figura 38 - Efeito do pH inicial no consumo do eletrodo (Kobya et al, 2003)

eletrodo de Al eletrodo de Fe

Kg

elet

rodo

de

sacr

ifíci

o/K

g D

QO

pH inicial


64

Daneshvar e colaboradores (2006) utilizaram o método de eletrofloculação com

eletrodo de ferro para a remoção da cor das soluções que contêm corantes vermelho

básico 46 (BR46) e azul básico 3 (BB3). utilizados para tingimentos de lãs.

Os ensaios realizados neste estudo mostram que com o aumento na densidade

de corrente de 60-80 A/m2, aumentou a eficiência da remoção de cor (Figura 40). O

tempo de eletrólise foi de 5 minutos e a escala do pH foi determinada entre 5,5 e 8,5 para

duas soluções mencionadas. Verificou-se que para conseguir uma porcentagem elevada

de remoção de cor, a concentração inicial do corante nas soluções não deve ser superior

a 80 mg/L. A condutividade ótima encontrada foi de 8 mS/cm, a qual foi ajustada com

NaCl numa concentração 50 mg/L de corante. A energia elétrica consumida na remoção

de cor nas duas soluções contendo corante BR 46 e BB3 foi 4,70 kWh/kg corante removido e

7,57 kWh/kg corante removido, respectivamente. A eficiência de remoção de DQO nas

condições ótimas foi de 75% para o corante BB3 e 99% para o corante BR46.

Zaroual et al. (2006) utilizou a eletrocoagulação com eletrodo do ferro, para tratar

um efluente da indústria têxtil. Os resultados indicaram que a eletrocoagulação foi muito

eficiente com total remoção de cor de 100% e de 84% de DQO (Figura 41) em 3 minutos

no potencial de 600 mV

Figura 39 – Efeito do pH inicial na remoção de DQO e turbidez usando eletrodo de

Alumínio (a) e de Ferro (b) (Kobya et al, 2003)

pH inicial

(%) R

emoç

ão

DQO TurbidCor

pH fi

nal

(%) R

emoç

ão

DQO Turbidez Cor

pH inicial

pH fi

nal


65

3.4.4.3. Unidades de tratamento de despejos reais

Segundo Nunes (2001), os custos de instalação, operação e manutenção são de

grande importância na escolha do sistema de tratamento a ser adotado, principalmente

para pequenas e médias indústrias. Além disso, em comparação às unidades de

tratamento físico-químico, a eletrofloculação leva grande vantagem em relação a outros

tempo (minuto)

% re

moç

ão d

e co

r

Figura 40 – Efeito do tempo de eletrólise sobre a eficiência na remoção de cor.

(Concentração 50mg/L, densidade de corrente 60 A/m2 para BR46 e intensidade de

corrente 80 A/m2 para BB3 em pH 5.8) (Daneshvar et al, 2006).

Figura 41 – Evolução da DQO com o tempo de eletrólise a 600 mV (Zaroaul et al.,

2006)

Tempo (minuto)

DQ

O (m

g/L)


66

sistemas convencionais, pois ocupam menor área quando dispostas de maneira a

aproveitar ao máximo as paredes divisórias da instalação.

Estações compactas de eletrofloculação são geralmente utilizadas em pequenas

indústrias, são de baixo custo e ocupam menor espaço. Segundo a Peltron (2005), a

unidade móvel apresenta a seguinte configuração:

• Reator eletrolítico – Unidade responsável pela coagulação e oxidação da matéria

orgânica. Possui um sistema de bombas para a recirculação do líquido e assim

garantir a uniformidade do tratamento ao mesmo tempo em que mantém limpas as

superfícies dos eletrodos. É constituído por uma colméia de eletrodos de alumínio

e/ou ferro;

• Eletroconversor – Unidade alimentadora e gerenciadora do processo eletrolítico.

Consiste no módulo que induz o potencial necessário ao perfeito controle do reator

eletrolítico. Neste sistema, são comparados os valores de pH, condutividade e carga

orgânica, que geram o sinal necessário para as correções no sistema de controle

eletrônico, garantindo alta eficiência no tratamento, baixo consumo de energia e

redução no desgaste dos eletrodos;

• Decantador/Clarificador – Unidade que tem por finalidade reter e sedimentar os

sólidos produzidos no interior do reator eletrolítico, garantindo índices de redução de

turbidez superiores a 80%;

• Filtros de polimento – Conjunto formado por filtros de areia e celulose para retenção

de particulados e redução de turbidez. Estes filtros apresentam-se em uma

configuração em série sendo, o primeiro filtro de areia para retenção de partículas

com diâmetro maior que 40 μm, o segundo também de areia para retenção de

partículas de até 20 μm e o terceiro e último em cartucho de celulose para retenção

de partículas de até 5 μm. A Figura 42 mostra uma unidade móvel e uma estação

compacta de eletrofloculação.


67

Figura 42 - Estação Móvel de Eletrofloculação (a) e Estação compacta de

eletrofloculação (b). Fonte: Peltron Indústria e Comércio Ltda. – Divisão de

Engenharia Ambiental.

a

b

Cerqueira, A. A. _ __ _________ _ Materiais e Métodos

68

4. Materiais e métodos 4.1. Produtos químicos

Os principais reagentes utilizados na elaboração desta Dissertação são listados a

seguir:

• Ácido sulfúrico – procedência: Quimex; grau de pureza: P.A.; usado como recebido;

• Biftalato de potássio – procedência: Vetec; grau de pureza: P.A. ; usado como

recebido;

• Dicromato de potássio – procedência: Vetec; grau de pureza: P.A.; usado como

recebido;

• Hidróxido de sódio – procedêcia: Vetec; grau de pureza: P.A.; usado como recebido;

• Sulfato de mercúrio – procedência: Merck; grau de pureza: P.A.; usado como

recebido;

• Sulfato de prata – procedência: Vetec; grau de pureza: P.A.; usado como recebido.


69

4.2. Equipamentos

Além dos equipamentos e vidrarias tradicionais usados em laboratórios, foram

utilizados nesta Dissertação os seguintes aparelhos:

• Agitador magnético – Modelo: 752; Marca: Fisatom.

• Balança analítica de precisão - Modelo: AM 220; Marca: Marte.

• Condutivímetro – Modelo: DM 3; Marca: Digimed - (solução de calibração – padrão de

condutividade 1.412 µS/cm).

• Digestor – Modelo: Dry block TE 021; Marca: Tecnal.

• Estufa para esterilização e secagem – Modelo: Evolution; Marca: Odontobrás.

• Medidor de pH – Modelo: Acorn Série 6; Marca: Oakton - (Solução de calibração –

solução tampão pH 4,00 ± 0,02 e pH 7,00 ± 0,02 à 25ºC).

• Espectrotofotômetro visível – Modelo: 600 S; Marca: Femto.

• Turbidímetro – Modelo: TB 1000; Marca: Tecnopon – (solução de calibração – 0,1 a

1000 NTU).

• Espectrometro de Emissão Ótica por Plasma Indutivamente Acoplado – (ICPOES) –

Modelo: Ultima; Marca: Jobin Yvon1.

_______________________________________________________________________ O autor agradece a seguinte instituição que permitiu a utilização de seu equipamento durante a

realização desta Dissertação:

1 Instituto de Química/Laboratório de Análise Química Ambiental e Microbiológica (LAQAM) -

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro/RJ.


70

4.3. Procedimentos

Neste capítulo, encontram-se descritas as etapas de desenvolvimento

experimental. Em linhas gerais, a partir do estabelecimento do universo de estudo das

amostras de efluente têxtil, foram realizados nas amostras ensaios analíticos, essenciais

para a interpretação dos resultados obtidos na eletrofloculação proposta no estudo.

4.3.1. Procedimentos de coleta das amostras de efluentes líquidos

O efluente têxtil estudado era proveniente de todas as etapas de processamento

do tecido na indústria.

A coleta dos efluentes foi realizada no tanque de equalização afluente à ETE,

onde os efluentes da produção são homogeneizados. A equalização do efluente é

essencial para se garantir uma maior eficiência do sistema de tratamento. As

amostragens foram realizadas na indústria têxtil no período de março a dezembro de

2005.

As amostragens dos efluentes foram realizadas em frasco de polietileno com

capacidade para 10L e preservada a 4ºC, realizadas com uma periodicidade quinzenal

foram realizadas de acordo com as normas da FEEMA MF402 R-1 (1983).

4.3.2. Procedimento experimental

O procedimento experimental consistiu de ensaios de eletrofloculação, realizados

em reatores de batelada utilizando eletrodos de ferro e/ou alumínio em uma célula

eletrolítica conforme diagrama esquemático apresentado na Figura 43.

1

VA

RPM 2

3

4

1 – Fonte de potencial 2 – Agitador magnético 3 – Célula eletroquímica 4 – Eletrodo (+/-)

Figura 43 – Diagrama esquemático experimental


71

O equipamento de eletrofloculação consiste de uma célula eletrolítica, uma fonte

estabilizada de corrente contínua desenvolvida pela empresa Peltron Engenharia

Ambiental Ltda. No reator de vidro com capacidade de 1L, no qual é inserido

verticalmente o eletrodo (monopolar) do tipo colméia construído com 8 placas de

alumínio e/ou ferro intercaladas (Figura 44). Estes eletrodos tinham dimensões de 10 cm

de altura e 5 cm de largura (com espessura de 1,5 mm). As placas foram separadas por

espaçadores (com 0,5 cm de espessura cada), o que permitia variar-se a distância entre

os eletrodos.

Após adição do efluente e dos eletrodos no reator, o sistema foi mantido sob

agitação constante por meio de agitador magnético. A Figura 45 mostra a unidade piloto

de eletrofloculação, na qual foram realizados todos os ensaios de eletrofloculação.

Figura 44 – Eletrodo monopolar de alumínio e ferro, respectivamente.

Figura 45 – Unidade piloto de eletrofloculação


72

A unidade de bancada basicamente é uma unidade composta por uma fonte de

corrente contínua variável, um transformador isolador que tem a finalidade de separar a

rede elétrica alimentadora primária da etapa de retificação/conversão secundária, um

indicador de leitura de corrente e um indicador de leitura de tensão. Estes dois últimos

destinam-se a orientar o operador quanto aos parâmetros aplicados a pequena colméia

de eletrodos. Uma vez ajustado os parâmetros ideais além da cronometragem do (tempo

de) experimento é facultado ao projetista a planejar e dimensionar o sistema adequado

ao efluente a ser tratado.

Todos os ensaios realizados foram feitos com inversão de polaridade a cada 5

minutos por um dispositivo manual (interruptor) e a temperatura ambiente.

Os efeitos dos seguintes parâmetros avaliados: tipo de material do eletrodo,

variação de pH (realizados com solução de H2SO4 ou NaOH), distância entre eletrodos,

variação do potencial aplicado e variação de tempo.

Depois de transcorrido o intervalo de tempo pré-determinado de eletrólise, o

líquido era filtrado com papel de filtro e as análises eram feitas com amostras do filtrado.

A avaliação da eficiência de remoção de cor foi feita através de medição de

absorbância das soluções, em um espectrofotômetro no comprimento de onda de 400 nm

no UV-visível. Foi avaliada também a variação de pH, turbidez e condutividade do

efluente antes e após a eletrofloculação.

A digestão das amostras foi realizada em um digestor de DQO. A leitura de

absorbância foi determinada por um espectrofotômetro no comprimento de onda de 600

nm.

A avaliação da eficiência do processo de eletrofloculação no tratamento deste

efluente baseou-se no parâmetro DQO - Demanda Química de Oxigênio - tendo sido

analisada de acordo com o procedimento descrito no “Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater” - 19th Edition, que consiste num método

colorimétrico, em refluxo fechado.

4.3.2.1. Determinação de DQO – método colorimétrico – refluxo fechado

a) Reagentes:

Reagente 1 – Em um balão de 1 L adicionar 500 ml de H2O destilada, dissolver

10,216 g de K2Cr2O7 (previamente seco a 1030C por 2 horas) e 167 ml de H2SO4

concentrado e 33,3 g de HgSO4 e completar a 1 L com H2O destilada.

Reagente 2 – Em um balão de 1 L adicionar 5,5 g de Ag2SO4 por Kg de H2SO4.


73

b) Procedimento:

Adicionar à cubeta (16 x 100 mm) 1,5 ml do reagente 1 + 3,5 ml do reagente 2 +

2,5 ml da amostra a ser analisada.

Branco – Adicionar 1,5 ml do reagente 1 + 3,5 ml do reagente 2 + 2,5 ml de H2O

destilada.

Levar a digestão a 1500C por 2 horas.

Fazer a leitura de absorbância no espectrofotômetro a 600 nm.

c) Curva de calibração

Solução de Biftalato de potássio – Adicionar 1,7 g de biftalato de potássio

(previamente seco a 1030C por 2 horas) em 100 ml de água destilada.

Na figura 46, é mostrado o gráfico da curva de calibração de DQO utilizando

biftalato de potássio em diferentes concentrações (50, 100, 250, 500 e 1000 mg/L). A

calibração foi refeita em diferentes períodos de tempo.

Figura 42 – Curva de calibração de DQO

Curva de DQOy = 0,0004x - 0,0025

R2 = 0,9996

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 200 400 600 800 1000 1200

Concentração

Abs

orbâ

ncia

Figura 46 – Curva de calibração de DQO

Cerqueira, A. A. _ __ _________ Resultados e Discussão

74

5. Resultados e discussão

Para a realização deste estudo, foram utilizados os efluentes fornecidos por uma

indústria têxtil de fabricação de linho, localizada em Jacarepaguá no município do Rio de

Janeiro.

A Figura 47 ilustra o sistema de tratamento de efluentes utilizado pela indústria.

As amostras de efluente para os ensaios de eletrofloculação foram coletadas no tanque

de equalização, com o objetivo de se garantir a homogeneização do efluente.

O volume de efluentes gerados diariamente nesta indústria variou na faixa de 30 a

90 m3/dia, o qual era função da quantidade de produção da empresa (Procon-água –

FEEMA). As amostragens foram realizadas no período de março a dezembro de 2005.

Todas as amostras foram coletadas em frasco de polietileno e armazenadas a 4ºC até

sua utilização (máximo de 48 horas).

Tanque de equalização

Tanque de coagulação/floculação

H2SO4 / AlCl3 / Polieletrólito

Tanque de Decantação

Filtro de areia

Filtro de carvão

Efluente tratado

Córrego

Leito de secagem de lodo

Indústria Efluente gerado na produção

Figura 47 – Sistema de tratamento de efluentes líquidos da indústria têxtil.

coleta de amostra


75

5.1. Parâmetros analisados

Para a caracterização da qualidade do efluente bruto e do efluente tratado após a

eletrofloculação, diversos parâmetros foram analisados.

a) DQO (demanda química de oxigênio)

A DQO indica a quantidade de oxigênio consumida através de reações químicas

de oxidação dos diversos compostos presentes, fornecendo, assim, uma quantificação

indireta da quantidade de substâncias quimicamente oxidáveis dentro das condições de

realização do teste, dentre as quais se destaca a matéria orgânica. Os efluentes

industriais com altas cargas orgânicas, oriundas de corantes sintéticos, figuram entre os

poluentes do meio ambiente que mais preocupam.

b) Cor

A cor na maioria dos casos é oriunda das tinturas, de efluentes têxteis. Ela

interfere diretamente na transmissão de luz solar para dentro da água diminuído assim a

ação fotossintética. O que é condição necessária para a existência de algas, que são a

fonte básica de alimento do meio aquático. Além disso, as algas são responsáveis pela

produção endógena de oxigênio.

c) Turbidez

A turbidez decorre da presença de partículas em suspensão ou em forma coloidal

dispersas no efluente. A presença destas suspensões provoca a difração e a absorção de

luz, dando uma aparência turva e indesejável ao efluente. O aumento da turbidez reduz a

zona eufótica, que é a zona de luz onde a fotossíntese ainda é possível de ocorrer.

d) pH

O pH influencia nas cargas das micelas, no processo de coagulação-floculação e

também na precipitação química em que as dosagens ótimas de coagulante dependem

do pH. Além disso interfere na velocidade (cinética) das reações e na toxidez de certos

compostos.


76

e) Temperatura

A temperatura altera a solubilidade dos compostos, influenciando na interação dos

poluentes com o ecossistema aquático.

f) Condutividade

A condutividade do efluente líquido, ou seja, a capacidade de conduzir corrente

elétrica deverá ser diretamente proporcional à quantidade de íons condutores presentes

no meio.

5.2. Avaliação da EF no tratamento de efluentes a) Caracterização do efluente

As amostragens de março a dezembro de 2005 oriundas do tanque de

equalização forneceram os resultados médios apresentados na Tabela 4.

Constatou-se grande variação de DQO, cor e turbidez no efluente da indústria

têxtil, ao longo dos dias em que as amostras do efluente bruto foram coletadas, as quais

podem ser creditadas ao tipo de corante e dos auxiliares de fixação, os quais eram os

principais constituintes do efluente coletado.

Com base na Legislação Ambiental vigente no Estado do Rio de Janeiro, DZ 205

R -5 (Diretriz de Controle de Carga Orgânica em Efluentes Líquidos de Origem Industrial),

o índice de redução da DQO deverá ser inferior à taxa de 200 mg/L para efluente da

indústria têxtil.

Parâmetro Faixa de valores DQO (mgO2/L) 1226 a 2553

Temperatura (ºC) 41 a 47 pH 10 a 11,4

Turbidez (NTU) 8,0 a 75,3 Cor (Absorbância) 0,42 a 0,842

Condutividade (mS/cm) 2,65 a 4,61

Tabela 4 – Parâmetros obtidos durante a coleta da água residuária afluente à ETE da

indústria (março a dezembro de 2005).


77

Os outros parâmetros deverão atender as exigências da NT 202 R-10/FEEMA ou

resolução do Ministério do Desenvolvimento Urbano e Meio Ambiente – Conselho

Nacional de Meio Ambiente - CONAMA 020/86 art.21 atual 357. Onde o efluente se

enquadra no Art. 17. Para lançamento em corpo receptor em Água doce de classe 4.

Onde:

Temperatura - < 40ºC / Turbidez – até 100 NTU / Cor verdadeira – até 75 mg Pt/L;

pH – 6,0 a 9,0 / Al – 0,2 mg/L / Fe – 5 mg/L.

b) Ensaio preliminar

Com o objetivo de se avaliar a potencialidade da técnica de EF no enquadramento

efluente “in natura”.

Durante a eletrofloculação, em todos os ensaios realizados a temperatura do

efluente não variou, mantendo-se em 20oC ± 5oC.

O primeiro ensaio de EF foi feito com o efluente bruto com sua característica

original sem modificação de pH (pH 11), intensidade de corrente aplicada de 0,4 A e com

tempo de eletrólise de 5 minutos (Tabela 5). Os resultados não mostraram eficiência de

remoção de poluentes, tais como: cor (6%) e turbidez (19%), não houve remoção de

DQO para eletrodo de alumínio. Para eletrodo de ferro os resultados de eficiência de

remoção foram ainda piores: turbidez (5%), DQO e cor não houve remoção.

Remoção (%) Parâmetros

Al Fe

DQO - -

Cor 6 -

Turbidez 19 5

c) Variação do pH e tempo de EF

Como estes resultados não foram satisfatórios, tentou-se otimizar a EF variando-

se o tempo e o pH do efluente (Tabela 6). O pH foi ajustado pela adição de solução de

H2SO4 com tempos de eletrólise de 10 minutos em pHi 8, houve pequena melhora na

remoção de DQO (26%), da cor (22%) e da turbidez (33%) para eletrodo de alumínio. Em

pHi igual a 6 e 10 minutos de eletrofloculação houve remoção de DQO (33%), de cor

Tabela 5 – Resultados obtidos após 5 minutos de EF do efluente bruto (i = 0,4 A e pH 11).


78

(35%) e de turbidez (36%) em eletrodo de alumínio. Como a remoção ainda estava

insatisfatória, elevou-se o pH a neutralidade. Com 20 minutos de eletrólise utilizando

eletrodo de alumínio, houve remoção de DQO (34%), cor (40%) e turbidez (39%). Em

todos estes ensaios o eletrodo de ferro apresentou uma capacidade inferior ao eletrodo

de alumínio.

Al Fe

pHi pHi Parâmetro

6 7 8 6 7 8

DQO 33a 34b 26a/28b 20a 28b 25b

Cor 35a 40b 22a/38b - - -

Turbidez 36a 39b 33a/37b 25a 33b 22a/31b

Como foi observado que tanto o pHi quanto o tempo de EF foram determinantes

no processo de EF, foi avaliada a capacidade de tratamento da EF em meio ácido.

Assim, foram realizados ensaios de EF com eletrodo de alumínio em 30 minutos (Figura

48).

Al

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

5 6 7

pHi

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez

Figura 46 - efeito da variação de pH, utilizando eletrodo de alumínio com 30 minutos

de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,4 A

a: tempo de EF = 10 minutos b: tempo de EF = 20 minutos

Tabela 6 – Resultados obtidos (remoção %) variando-se o tempo e o pH do efluente (i =

0,4 A)


79

Observou-se uma boa remoção de cor (90%), turbidez (98%) e DQO (51%) em

pHi 5 utilizando eletrodos de alumínio. Este resultado é devido à formação de complexos

de Al formados durante o processo eletrolítico com íons OH-, que são solúveis em pH>7.

Assim, uma parte do alumínio gerado e solúvel não participa das reações de coagulação

e tendem a ficar em solução, principalmente na forma de [Al(OH)4]-.

Devido ao menor custo do eletrodo de ferro, o mesmo estudo foi feito para este

eletrodo. A figura 49 apresenta o ensaio com eletrodo de ferro, aplicação de intensidade

de corrente de 0,4 A e 30 minutos de eletrofloculação.

Com este eletrodo pode-se observar que o pHi 7 foi o ideal para a remoção de

DQO (48%), de cor (31%) e de turbidez (56%). Com o aumento de pH, diferentes formas

de hidróxidos de Fe que são formados durante o processo eletrolítico, tendem a ficar

solúveis, devido às reações de complexação com íons OH-. Assim, uma parte do ferro

gerado e solúvel não participa das reações de coagulação e tende a ficar em solução,

principalmente na forma de [Fe(OH)4]-. Esses complexos solúveis ocorrem em pH> 9.

Entretanto, a capacidade de remoção do Fe ainda é inferior ao do Al para o

efluente estudado.

A Figura 50, apresenta a variação entre o pHi do efluente e o pHf após a

eletrofloculação, referente aos resultados da Tabela 5 e 6.

Figura 49 – efeito da variação de pHi, utilizando eletrodo de ferro com 30 minutos de

eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,4 A.

Fe

0

10

20

30

40

50

60

5 6 7

pHi

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


80

Figura 50 – relação entre o pH do efluente antes e após o tratamento por

eletrofloculação utilizando eletrodo de alumínio e ferro (intensidade de corrente 0,4 A e

tempo de 5, 10 e 20 minutos).

Ocorre um aumento do pH após o tratamento do efluente, aumento esse pode ser

atribuído ao consumo de H+ decorrente da formação de hidrogênio no catodo proveniente

da eletrólise da água. A eletrofloculação possui a característica de aumentar o valor do

pH do efluente tratado. Esse fato decorre do princípio de que a eletrofloculação produz

íons OH-.

Na Figura 51 são mostrados a evolução do pHi e pHf dos ensaios anteriores.

Figura 51 – relação entre o pH do efluente antes e após o tratamento por

eletrofloculação utilizando eletrodo de alumínio e eletrodo de ferro (intensidade de

corrente 0,4 A e tempo de eletrólise de 30 minutos)

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

4 5 6 7 8pHi

pHf

Al Fe

6

7

8

9

10

11

12

5 6 7 8 9 10 11 12pHi

pHf

Al Fe


81

Em todos os experimentos observou-se um aumento no pH do efluente. Com o decorrer da eletrólise, segundo Angelis (1997) haverá aumento dos valores

de pH devido à diminuição da concentração de íons H+(aq) e a formação de íons OH-(aq).

A formação de íons Fe2+(aq) e sua posterior oxidação para Fe3+(aq) leva a precipitação

do hidróxido de ferro (III), de cor avermelhada; cabe ressaltar que essa oxidação pelo

oxigênio torna-se mais rápida a medida que o meio se torna mais básico.

De acordo com os resultados anteriores, com o intuito de se aumentar a eficiência

de remoção dos poluentes, aumentou-se a intensidade de corrente de 0,4 para 0,6 A,

variando-se também o pH e mantendo-se o tempo de eletrólise de 30 minutos com o

mostrado na Figura 52.

Ocorre maior eficiência de remoção de contaminantes com o aumento da

intensidade de corrente. No caso do eletrodo de Alumínio a maior eficiência ocorreu

novamente em pHi 5, sendo DQO (87% = 167mg/L) alcançando o limite permitido para

lançamento no corpo receptor de acordo com a DZ 205. A remoção de cor foi de 86% e

turbidez de 98%. Isto se deve, provavelmente, ao fato de que o aumento da corrente

acarretou na maior produção de Al(OH)3, uma vez que esse composto é o responsável

por remover as impurezas do efluente.

No caso do eletrodo de ferro, os resultados de eficiência de remoção são

mostrados na Figura 53.

Al

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 4,5 5 7pHi

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez

Figura 52 – efeito da variação de pHi, utilizando eletrodos de alumínio com 30 minutos

de eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,6 A.


82

A maior eficiência ocorreu novamente em pHi 7, com remoção de DQO (71%), cor

(84%) e turbidez (98%). Isto se deve provavelmente ao fato de que há uma maior

produção de Fe(OH)3, uma vez que esse composto é o maior responsável por remover as

impurezas do efluente.

Para os dois eletrodos utilizados nos ensaios (alumínio e ferro) como mostrados

nas Figuras 50 e 51, verificou-se com o aumento da intensidade da corrente aplicada (0,4

A para 0,6 A), houve aumento da eficiência de remoção de poluentes (DQO, cor e

turbidez). Este fato ocorre provavelmente porque com o aumento da corrente aplicada

ocorre maior desgaste do eletrodo (anodo), lançando na solução cátions do metal, o que

propicia maior geração de hidróxidos do metal, que são os agentes coagulantes,

favorecendo maior eficiência de remoção dos contaminantes. Observou-se que o pH

inicial ótimo para eletrodos de alumínio e ferro foi de 5 e 7 respectivamente.

d) Variação da distância do eletrodo

Após ter se estabelecido o melhor pH para a EF, foram realizados ensaios com o

intuito de se obter a distância ideal entre eletrodos (Figura 54) visando melhorar a

eficiência de remoção de contaminantes. A Figura 55 apresenta os resultados de

remoção quando se utilizou um eletrodo de alumínio.

Figura 53 – efeito da variação do pHi, utilizando eletrodos de Ferro com 30 minutos de

eletrofloculação e intensidade de corrente de 0,6 A.

Fe

40

50

60

70

80

90

100

5 6 7 7,5pHi

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


83

Observou-se que com a variação da distância entre eletrodos, a remoção de DQO

(53%) foi praticamente a mesma quando se aumentou de 0,5 a 1,5 cm. Para remoção de

cor (87%), houve uma melhora na eficiência com eletrodo de alumínio usando a distância

de 1cm, para remoção de turbidez (96%), houve melhor resultado usando a distância de

0,5cm. Portanto se convencionou usar eletrodos de alumínio com distância de 0,5 cm.

Apesar da tendência de aumento da eficiência para distâncias menores que 0,5 cm, não

foram realizados ensaios. Nesta situação, pois, o sistema experimental inviabiliza

Figura 55 - Efeito da distância entre eletrodos, utilizando eletrodo de alumínio com 30

minutos de eletrofloculação, pHi 5 e corrente de 0,6 A.

Al

40

50

60

70

80

90

100

0,5 1 1,5

Distância (cm)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez

distância 0,5 cm

Figura 54 – Eletrodo com distância de 0,5 cm


84

distâncias menores entre a placa para favorecer o fluxo do efluente, que contém

partículas em suspensão, evitando o entupimento.

Na Figura 56 é mostrado o efluente bruto e tratado por eletrofloculação com

eletrodo de alumínio.

Para o eletrodo de ferro, (Figura 57) resultados de eficiência semelhantes para cor

e turbidez (79% e 90% respectivamente), com distância de 0,5 e 1 cm. Para remoção de

DQO (40%) utilizando distância entre eletrodos de 0,5 cm, encontrou-se a melhor

eficiência de remoção de contaminantes. Portanto se convencionou usar eletrodos de

ferro com distância de 0,5 cm, já que em todas as situações essa distância foi a mais

eficiente.

Figura 56 – Efeito da distância entre eletrodos (da esquerda para a direita – efluente

bruto; efluente tratado com eletrodo de alumínio com 0,5; 1,0 e 1,5 cm,

respectivamente).

Figura 57 - Efeito da distância entre eletrodos, utilizando eletrodo de ferro com 30

minutos de eletrofloculação, pHi 7 e intensidade de corrente de 0,6 A

Fe

30

40

50

60

70

80

90

100

0,5 1 1,5

Distância (cm)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


85

Na Figura 58 é mostrado o efluente bruto e tratado por eletrofloculação com

eletrodo de ferro.

e) Variação das características do efluente real

Como as características do efluente real eram muito mutáveis, cinco amostras

diferentes (Tabela 7) foram tratadas pela EF com o objetivo de se determinar as

características mais importantes (Figura 59).

pH Condutividade (mS/cm)

DQO (mg/L)

Cor (Absorbância)

Turbidez (NTU)

10 2,79 1540 0,607 8

11,6 4 1739 0,607 63,5

11,21 3,9 1990 0,588 61,4

11,25 4,61 1428 0,585 73,5

10,7 3,24 1340 0,703 48,8 Médias 3.71 1607 0,618 51,04

Figura 58 – Efeito da distância entre eletrodos (da esquerda para a direita – efluente

bruto; efluente tratado com eletrodo de ferro com 1,5; 1,0 e 0,5 cm, respectivamente).

Tabela 7 – Efluente têxtil amostrado em 24/05, 09/06, 01/07, 27/07 e 25/09 de 2005


86

Observou-se que utilizando eletrodo de alumínio e ferro nas mesmas condições

(tempo de 30 minutos, intensidade de corrente de 0,6 A e pH 5 para Al e pH 7 para Fe),

para remoção de DQO o eletrodo de alumínio foi mais eficiente do que o eletrodo de

ferro, apenas no período de 01/07 (60%) o eletrodo de ferro foi mais eficiente. Na

remoção de cor para eletrodo de alumínio, notou-se uma eficiência quase que constante

(93%, 87%, 88%, 88% e 89%), com eletrodo de ferro a remoção foi bem inferior (83%,

72%, 70%, 68% e 77%). A turbidez apresentou uma remoção bastante satisfatória com

eletrodo de alumínio (94%, 98%, 96%, 95% e 88%), enquanto que o eletrodo de ferro

teve um rendimento inferior ao eletrodo de alumínio. Este resultado mostra que mesmo

com variações de cargas do efluente têxtil, a eletrofloculação se mostrou eficiente na

remoção destes contaminantes.

Como pode ser observado, por se tratar de um efluente real de uma empresa de

grande porte e trabalhar com tecidos de cores variadas, tem-se a dificuldade de se

manter um resultado homogêneo de remoção de contaminantes. Isto pode ser

comprovado em todas as amostragens realizadas, da grande variação de cargas

poluentes e dos resultados alcançados de eletrofloculação.

Figura 59 – Eficiência na remoção de DQO, cor e turbidez em função do material

eletródico. (Tempo de eletrólise 30 minutos, intensidade de corrente aplicada de 0,6 A e

pHi 5 para Al e pHi 7 para Fe)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

D QO ( A l) D QO ( Fe) C or ( A l) C or ( F e) Turb idez( A l)

Turb idez( Fe)

Parâmetros

Rem

oção

(%)

24/mai 9/jun 1/jul 27/jul 25/set


87

f) Tempo de EF

Com o aumento do tempo de eletrólise de 30, 40 e 50 minutos, mantendo-se uma

intensidade de corrente de 0,6 A e pHi 5 para eletrodos de alumínio, foi avaliada a

eficiência de remoção de contaminantes pela EF (Figura 60).

Observou-se um aumento significativo de remoção de contaminantes,

principalmente na remoção de DQO onde ocorreu uma variação de 53% para 64% de 30

para 50 minutos respectivamente. Já a remoção de cor foi praticamente constante (89%,

92% e 93%) em 30, 40 e 50 minutos de eletrólise. A turbidez foi mais eficiente em 40

minutos (98%) de remoção. No caso do eletrodo de ferro, resultados da eficiência de remoção e mantendo-se

uma intensidade de corrente de 0,6 A e pHi 7 são mostrados na Figura 61.

Observou-se um aumento significativo de remoção de cor e turbidez de 30 a 50

minutos de eletrólise, onde a remoção de cor variou de (61% a 85%) e turbidez (44% a

96%). Já a remoção de DQO foi praticamente constante (45%, 46% e 48%).

Figura 60 - Efeito da variação de tempo, utilizando eletrodo de alumínio com pHi 5 e

intensidade de corrente aplicada de 0,6 A

Al

50

60

70

80

90

100

30 40 50

Tempo (minuto)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


88

g) Variação da potência

É importante salientar que na fase final dos ensaios de eletrofloculação, a unidade

piloto de eletrofloculação sofreu modificação com o intuito de aumentar sua capacidade

de potência e assim poder realizar ensaios aplicando maiores valores de intensidade

corrente e diminuir o tempo de eletrólise. Visto que uma maior intensidade de corrente,

provavelmente, implica em uma maior eficiência de remoção de poluente.

Com a modificação do equipamento na ampliação do aumento da potência, foi

realizado ensaio na ordem de 4 A em 10 minutos de eletrólise utilizando eletrodo de

alumínio e ferro, como mostrado na Figura 62.

Figura 61 - Efeito da variação de tempo, utilizando eletrodo de Ferro com pHi 7 e

intensidade de corrente de 0,6 A.

Fe

40

50

60

70

80

90

100

30 40 50Tempo (minuto)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

DQO Cor Turbidez

Parâmetros

Rem

oção

(%)

Al Fe

Figura 62 - Efeito do aumento da intensidade de corrente para 4 A utilizando eletrodo

de alumínio, pHi 5 e eletrodo de ferro, pHi 7 e 10 minutos de eletrofloculação.


89

Os resultados indicaram que houve boa remoção de contaminantes utilizando

eletrodos de alumínio e ferro, Para remoção de DQO (Al 63% e Fe 58%), cor (Al 89% e

Fe 93%) e turbidez (Al 99% e Fe 98%). Isto significa que com uma maior intensidade de

corrente e diminuição do tempo, mantem-se boa eficiência de remoção de

contaminantes. Dessa forma pode-se construir estações de tratamento de efluentes de

tamanho reduzido em relação às estações de tratamento de efluentes convencionais.

Variando-se a intensidade de corrente da ordem de 1 a 5 A, na EF por 10 minutos

obteve-se remoções bastante satisfatórias de DQO, cor e turbidez (Figura 63 e 64). Utilizando eletrodo de alumínio, resultados de eficiência de remoção são

mostrados na Figura 63.

O aumento linear da intensidade de corrente forneceu melhores valores de

remoção de DQO e turbidez em 3 A. Não sendo interessante então, aplicar maiores

valores de intensidade de corrente, visto que, neste caso, também acarreta em um maior

desgaste do eletrodo e em um maior consumo de energia elétrica.

Na figura 64 é mostrado o efluente bruto e tratado após eletrofloculação com

eletrodo de alumínio.

Figura 63 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo de

alumínio, pHi 5 e 10 minutos de eletrofloculação.

Al

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

Intensidade de corrente (A)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


90

Utilizando eletrodo de ferro, resultados de eficiência de remoção são mostrados

na figura 65.

Variando-se a intensidade de corrente de 1 a 5 A, os resultados mostram que a

maior eficiência de remoção de DQO, cor e turbidez utilizando eletrodo de ferro, ocorreu

em 5 A. Mas neste caso, ao contrário do eletrodo de alumínio na Figura 61, é válido

aplicar a maior intensidade de corrente, mesmo que isso implique num consumo maior de

Figura 65 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo de

ferro, pHi 7 e 10 minutos de eletrofloculação.

Figura 64 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a direita –

efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de alumínio com 1; 2; 3; 4 e 5 A,

respectivamente)

Fe

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5


Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


91

Figura 67 – Relação entre o pHi do efluente e após a eletrofloculação, utilizando

eletrodo de alumínio e ferro com tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 5 para

eletrodo de alumínio e pHi 7 para eletrodo de ferro

energia e desgaste do eletrodo, mas é onde temos a maior eficiência de remoção de cor

(96%), turbidez (96%) e DQO (61%) simultaneamente.

Na Figura 66 é mostrado o efluente bruto e tratado após eletrofloculação com

eletrodo de ferro.

5.3. Caracterização do efluente após EF

A Figura 67 mostra a variação entre o pHi (convencionado para i = 0) do efluente e

o pHf após a eletrofloculação, utilizando eletrodos de alumínio e ferro dos ensaios

anteriores.

Figura 66 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a direita

– efluente bruto; efluente tratado com eletrodo de ferro com 1; 2; 3; 4 e 5 A,

respectivamente).

4

5

6

7

8

9

10

11

0 1 2 3 4 5 6


pHf

Al Fe


92

A condutividade variou com o aumento da intensidade de corrente aplicada na

eletrólise (Figura 68 e 69).

Isto pode ser atribuído principalmente ao aumento ou diminuição dos íons

presentes, qual seja a formação de íons ferro (II), alumínio (III) ou de íons provenientes

de matéria orgânica oxidada.

A tensão aumentou de acordo com a intensidade de corrente aplicada na

eletrólise como mostrado nas Figuras 70 e 71.

Figura 68 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade

de corrente aplicada. Tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 5

Figura 69 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade

de corrente aplicada. Tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 7

Al

3,8

4

4,2

4,4

4,6

0 1 2 3 4 5


Con

dutiv

idad

e (m

S/cm

)

Fe

3,8

4

4,2

4,4

4,6

0 1 2 3 4 5Intensidade de corrente (A)

Con

dutiv

idad

e (m

S/cm

)


93

5.4. Desgaste de massa de eletrodo e consumo de energia elétrica

A Figura 72 ilustra a massa de eletrodo de alumínio consumida e a energia

elétrica gasta durante a eletrólise com variações de intensidade de corrente de 1 a 5 A

em pHi 5. Com aplicação de intensidade de corrente de 3 A obteve-se o melhor resultado

de remoção de contaminantes.

Figura 70 - Potencial medido em função da variação da intensidade de corrente

controlada. pHi 5 e tempo de eletrólise de 10 minutos.

Al

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5Intensidade de corrente (A)

Tens

ão (V

)

Fe

2

2,4

2,8

3,2

3,6

4

1 2 3 4 5


Tens

ão (V

)

Figura 71 - Potencial medido em função da variação da intensidade de corrente



94

A massa de eletrodo de alumínio consumida foi de 0,168 g/L e o consumo de

energia elétrica foi de 0,00208 kwh/L, com aplicação de intensidade de corrente de 3 A.

A Figura 73 ilustra a massa de eletrodo de ferro consumida e a energia elétrica

consumida durante a eletrólise com variação de intensidade de corrente de 1 a 5 A em

pHi 7. Com aplicação de intensidade de corrente de 5 A obteve-se o melhor resultado de

remoção de contaminantes.

Figura 73 - Efeito do desgaste do eletrodo de ferro sobre a energia consumida

Figura 72 - Efeito do desgaste do eletrodo de alumínio sobre a energia consumida.

Massa de eletrodo (g/L)

Al

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3


Ene

rgia

(kw

h/L)

Fe

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1


Ener

gia

(kw

h/L)

1A

3A

4A

5A

1A

2A

3A

4A

5A


95

A massa de eletrodo consumida foi de 0,87 g/L e o consumo de energia elétrica

foi de 0,005 kWh/L, com aplicação de intensidade de corrente de 5 A.

5.5. Eletrodo Híbrido (Fe+Al)

Este eletrodo foi desenvolvido com a finalidade de se lançar íons de ferro e

alumínio ao mesmo tempo na solução, com o intuito de se observar o seu efeito no

efluente. Este eletrodo foi construído com 8 placas, sendo 4 de alumínio e 4 de ferro,

sendo 4 delas correspondentes aos catodos e as demais aos anodos. Estes eletrodos

tinham dimensões de 10 cm de altura e 5 cm de largura (com espessura de 1,5 mm). As

placas foram separadas por espaçadores (com 0,5 cm de espessura cada).

Os ensaios de eletrólise foram realizados em pHi 6. Isto se deve ao fato de que é

o pH intermediário entre os ensaios com eletrodo de alumínio e de ferro (pH 5 e pH 7,

respectivamente).

Foi realizado ensaio na ordem de 5 A e 10 minutos de eletrólise utilizando eletrodo

híbrido como mostrado na Figura 74.

Os resultados indicaram que houve boa remoção de DQO (53%), cor (92%) e

turbidez (98%). O que indica que o eletrodo híbrido pode ser também uma alternativa de

tratamento para o efluente estudado.

Com variação da intensidade de corrente na ordem de 1 a 5 A, como mostra a

Figura 75, verifica-se que é em 4 e 5 A que se tem os melhores resultados de eficiência

Híbrido

010

2030

405060

7080

90100

DQO Cor Turbidez

Parâmetros

Rem

oção

(%)

Figura 74 - Efeito do aumento da intensidade de corrente para 5 A utilizando eletrodo

híbrido, pHi 6 e 10 minutos de eletrólise.


96

de remoção de DQO (56 e 55%), cor (81 e 88%) e turbidez (96 e 97%). O eletrodo híbrido

comportou-se de maneira muito interessante do ponto de vista de remoção de poluentes.

Neste caso, com os dados de eficiência alcançados, o eletrodo híbrido, também pode ser

uma alternativa interessante para esse tipo de efluente.

Na Figura 76 é mostrado o efluente bruto e tratado com eletrodo híbrido.

A Figura 77 mostra a variação entre o pHi (convencionado para i = 0) do efluente e

o pHf após a eletrofloculação utilizando eletrodo híbrido.

Figura 75 - Efeito da variação da intensidade de corrente, utilizando eletrodo

híbrido, pHi 6 e 10 minutos de eletrofloculação.

Figura 76 – Efeito da variação da intensidade de corrente (da esquerda para a

direita – efluente bruto; efluente tratado com eletrodo híbrido com 1; 2; 3; 4 e 5 A,

respectivamente)

Híbrido

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5

Intensidade de Corrente (A)

Rem

oção

(%)

DQO Cor Turbidez


97

Figura 77 – Relação entre o pHi do efluente e após a eletrofloculação, utilizando

eletrodo híbrido com tempo de eletrólise de 10 minutos e pHi 6

A condutividade variou com o aumento da intensidade de corrente aplicada na

eletrólise (Figura 78).

Isto pode ser atribuído principalmente ao aumento ou diminuição dos íons

presentes, e da matéria orgânica oxidada.

A tensão aumentou com o aumento da intensidade de corrente aplicada, como

mostrado na Figura 79.

Híbrido

2,55

2,6

2,65

2,7

2,75

2,8

0 1 2 3 4 5


Con

dutiv

idad

e m

S/cm

Figura 78 – Variação da condutividade em função do aumento da intensidade de

corrente aplicada.

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5 6


pHf

Híbrido


98

A Figura 80 ilustra a massa de eletrodo híbrido consumida e a energia elétrica

consumida durante a eletrólise com variação de intensidade de corrente de 1 a 5 A em

pHi 6.

Com aplicação de intensidade de corrente de 4 e 5 A, na qual se obteve os

melhores resultados de remoção de contaminantes a massa de eletrodo consumida foi de

0,458 g/L e 0,575 g/L respectivamente, e o consumo de energia elétrica foi de 0,00416

kWh/L e 0,00625 kwh/L respectivamente.

Híbrido

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

1 2 3 4 5


Tens

ão (V

)

Figura 79 Potencial medido em função da variação da intensidade de corrente


Figura 80 - Efeito do desgaste do eletrodo híbrido sobre a energia consumida

Híbrido

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7


Ene

rgia

(kw

h/L)

1A

2A

3A

5A

4A


99

A Figura 81 refere-se ao eletrodo híbrido. Observe o arranjo entre as placas, foi

projetado de forma que alumínio e ferro se oxidem ao mesmo tempo.

5.6. Avaliação de Al e Fe residual na amostra de efluente bruto e após a eletrofloculação.

Na Tabela 8 é mostrada o teor de Al e Fe do efluente bruto e após

eletrofloculação com eletrodo de Al. Os ensaios foram realizados com Espectrometro de

Emissão Ótica por Plasma Indutivamente Acoplado.

Observou-se que em todos os casos a quantidade de metal residual nos ensaios

de eletrofloculação, utilizando eletrodo de alumínio foram inferiores a o do efluente bruto,

demonstrando que a eletrofloculação também removeu parte do metal que estava na

solução. Apenas no caso da amostra com intensidade de corrente de 5 A (0,23 mg/L) é

Al (mg/L)residual

Fe (mg/L) residual Condições de EF

0,61a 0,43b I = 3 A / t = 10 minutos / pHi 5 0,14 0,05 I = 4 A / t = 10 minutos / pHi 5 0,20 0,18 I = 5 A / t = 10 minutos / pHi 5 0,23 0,03

Tabela 8 – Quantidade remanescente de alumínio e ferro no efluente bruto e

eletrofloculado utilizando eletrodo de alumínio

Figura 81 – Eletrodo híbrido

Al

Fe

a: efluente bruto com residual de Al b: efluente bruto com residual de Fe


100

que se observou um residual maior do que o permitido no CONAMA 357 que é de 0,2

mg/L.

Na Tabela 9 é mostrada o teor de Al e Fe do efluente bruto e após eletrofloculação

utilizando eletrodo de ferro.

Al (mg/L) residual Fe (mg/L) residual Condições de EF 0,61a 0,43b

I = 4 A / t = 10 minutos / pHi 7 0,08 0,36 I = 5 A / t = 10 minutos / pHi 7 0,06 0,20

Observou-se que em todos os casos a quantidade de metal residual após a

eletrofloculação utilizando eletrodo de ferro, foram inferiores a o do efluente bruto,

demonstrando que a eletrofloculação também removeu parte do metal que estava na

solução.

Na Tabela 10 é mostrada a quantidade de Al e Fe do efluente bruto e após a

eletrofloculação utilizando eletrodo híbrido.

Al (mg/L) residual Fe (mg/L) residual Condições de EF 0,49a 0,63b

I = 3 A / t = 10 minutos / pHi 6 0,41 14,37 I = 4 A / t = 10 minutos / pHi 6 0,95 0,07 I = 5 A / t = 10 minutos / pHi 6 7,19 0,10

Observou-se que em 3 A o residual de ferro, ficou bem acima da quantidade do

efluente bruto. Além disso, a quantidade de ferro está acima da que pode ser lançada no

efluente de acordo com a resolução do CONAMA 357 que é de 5 mg/L. No caso do

residual de alumínio, em todas as situações verificou-se uma quantidade maior do que o

permitido, quando que o permitido pelo CONAMA 357 é de 0,2 mg/L principalmente com

5 A onde o residual foi de 7,19 mg/L.


eletrofloculado utilizando eletrodo de ferro


eletrofloculado utilizando eletrodo híbrido




101

5.7. Comparação do processo de EF com o processo utilizado pela indústria têxtil

Na Tabela 11 demonstrou-se o comparativo do efluente eletrofloculado com o

tratamento físico-químico utilizado pela indústria têxtil após o tanque de decantação.

Tabela 11 - Comparação entre tratamento eletrolítico (laboratório) x tratamento físico-

químico (indústria têxtil)

Tratamento eletrolítico Remoção (mg/L)

Tratamento físico-químico

Remoção (mg/L)

Parâmetro Efluente bruto

(mg/L)

Eletrodo de Al Eletrodo de Fe Tanque de decantação

(a) 1428 515 643 600

(b) 1770 832 973 708

(c) 1340 616 683 603 DQO

(d) 1348 404 526 620

O efluente eletrofloculado sendo utilizado eletrodo de alumínio foi superior ao

tratamento físico-químico da indústria têxtil na remoção de DQO (a) 515mg/L e (d)

404mg/L. No caso do eletrodo de ferro, o ensaio foi superior ao tratamento físico-químico

somente com uma DQO do efluente bruto de (d) 1348 mg/L com 526mg/L de remoção

deste contaminante. No tratamento eletrolítico e no tratamento físico-químico após

tanque de decantação, o efluente tratado não conseguiu se enquadrar na DZ-205 R-5

que determina uma DQO < 200 mg/L para efluente têxtil. Sendo assim, este efluente

precisa de um tratamento posterior (terciário) para se enquadrar na Legislação Vigente

para lançamento em corpo receptor.

Cerqueira, A. A. _ __ ___________ Considerações Finais

102

6. Considerações Finais

Segundo a Peltron (2005), em uma colméia de eletrodos sejam eles de alumínio,

ferro ou híbrido (Fe+Al), o fluxo de energia necessário para promover a coagulação e

flotação como ocorrências básicas do tratamento consistem primariamente, na aplicação

de corrente e tensão pré-definidas em experimentos de bancada que, de acordo com a

literatura pertinente ao assunto podem apresentar potenciais em corrente contínua, e

corrente proporcional a vazão de tratabilidade e principalmente a carga de contaminantes

que se deseje coagular no efluente.

No entanto, em estudos mais avançados e considerando-se as tecnologias de

controle de potência e conversão da qual se dispõe atualmente, muitas outras técnicas e

metodologias de aplicação de potencial foram desenvolvidas especialmente para esta

aplicação.

Em tempos não muito distantes e até mesmo na literatura atual é normal

relacionar o uso dos tratamentos eletrolíticos de efluentes ao uso de uma simples fonte

de corrente contínua com elevada corrente e baixo nível de tensão. Porém, o que se

verifica até os últimos cinco anos, é que até então não se observa a implantação de

nenhuma unidade de tratamento que integre em sua composição, um equipamento de

conversão de potência projetado e dedicado a esta aplicação. Este fato vem a ser o

principal motivo pela descrença da técnica de tratamento abordada. Nunca se questionou

o porquê dos sistemas implantados serem de difícil controle, com consumo excessivo de

energia e eletrodos e problemas de ordem operacional. Nunca se relatou e tão pouco fora

explicado as ocorrências de empenamento dos eletrodos até a condição de curto-circuito,

o desgaste irregular ocasionando a inutilização de uma colméia prematuramente, o

isolamento de eletrodos e o consumo elevado de energia elétrica.

Hoje, sabe-se que os problemas verificados estão quase que em sua totalidade

relacionados com o dimensionamento do sistema de conversão. Pois quando se aplica

uma corrente elevada em uma polaridade fixa, cria-se um campo eletromagnético de

densidade variável em função do meio, temperatura, corrente, tensão e até mesmo a

pressão atmosférica, este campo, induz a aproximação dos vértices dos eletrodos

levando desta forma a uma queda da qualidade do tratamento, desgaste irregular e em

último caso provocando um curto-circuito no sistema elétrico.

Outro fato relevante está relacionado à tecnologia de conversão em função da

aplicação. Um simples retificador de corrente contínua como normalmente é utilizado não

garantirá nenhum compromisso com o rendimento elétrico na conversão. Para estes

equipamentos, tipicamente, adotam-se rendimentos não superiores a 60%, ou seja, estes

Cerqueira, A. A. _ __ ___________ Considerações Finais

103

apresentarão fator de potência inferior a 0,6 proporcionando desta forma, uma grande

perda de energia por conversão.

Algumas empresas que dominam esta tecnologia de tratamento especialmente

aquelas que têm origem no controle e condicionamento de energia, desenvolveram e

aperfeiçoaram um interessante sistema de controle que parte basicamente do principio

de que cada unidade de tratamento ou cada célula eletrolítica deverá funcionar associada

com o que chamam de eletroconversor. Uma unidade de conversão dedicada

especificamente para o uso de uma célula eletrolítica ajustado para um efluente

específico. Este sistema caracteriza-se não pelo uso de corrente contínua, contrariando

diversas fontes técnicas sobre o assunto, mas sim com corrente alternada. Uma corrente

com seus parâmetros (corrente, tensão e freqüência) interagíveis com o efluente de

forma a proporcionar o melhor rendimento no tratamento. Esta configuração tem

mostrado ganhos expressivos em relação ao sistema de conversão tradicional, pois, uma

vez que não fora verificado em nenhuma das unidades de tratamento instaladas com este

sistema os problemas verificados anteriormente e quanto ao consumo de energia, este

apresenta um rendimento próximo a 100% com fator de potência superior a 0,98. Em

diversos comparativos de tratabilidade garantiu sempre em comparação com um sistema

de lodos ativados consumo de energia variando entre 40% a 60% menor e em relação

aos sistemas de conversão tradicionais atingiram até 80% de economia de energia para o

mesmo efluente. Os eletrodos praticamente dobraram a vida útil não se verificando

nenhum desgaste irregular ou empenamento. Certamente é uma evolução muito

significativa que se deve acompanhar e ser considerada nos projetos de tratabilidade.

Cerqueira, A. A. _ __ ____________________ Conclusão

104

7. Conclusão

A qualidade das águas residuárias oriundas de indústria têxteis de fabricação de

linho é altamente variável, possuindo alta variação de carga orgânica medida em termos

de DQO, cor e turbidez sendo essencial a equalização do efluente para se garantir uma

maior eficiência do sistema de tratamento.

Com relação aos materiais empregados para a fabricação dos eletrodos, fica a

certeza de que não há uma regra para a sua escolha, de acordo com o tipo de efluente.

Essa opção obrigatoriamente deverá passar por estudos preliminares em reator piloto,

para determinação de qual material levará à maior eficiência de remoção de poluentes.

Esta conclusão fica comprovada diante dos resultados apresentados neste trabalho.

A eficiência da remoção do contaminante é dependente do pH inicial, da

condutividade e da concentração do eletrólito, da densidade da corrente aplicada e da

concentração da carga orgânica.

O grande desafio de tratar efluentes têxteis é a grande variação temporal das

cargas poluidoras que são geradas pela indústria, devido aos auxiliares de fixação e dos

corantes por elas utilizados.

Os melhores resultados de eficiência de remoção de poluentes usando eletrodo

de alumínio foram (DQO 70%, cor 81% e turbidez 93%) nas seguintes condições:

intensidade de corrente de 3 A, tempo de 10 minutos, distância entre eletrodos de 0,5 cm

e pH inicial 5. E, no eletrodo de ferro: (DQO 61%, cor 95% e turbidez 96%) com

intensidade de corrente de 5 A, tempo de 10 minutos, distância entre eletrodos de 0,5 cm

e pH inicial 7.

Os resultados mostraram a eficiência do processo de eletrofloculação no

tratamento de efluentes têxteis. Além disso, considerando que a (EF) gera o agente

coagulante que, por sua vez, formará os flocos do material particulado e ao mesmo

tempo realiza a flotação do resíduo gerado, esse processo mostra-se bastante

interessante do ponto de vista de simplicidade de automação e relativo baixo custo.

Pode-se concluir que o objetivo deste trabalho foi alcançado.

Cerqueira, A. A. _ __ ________Referências Bibliográficas

105

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eletrofloculação

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