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Validação do processo de eletrocoagulação e avaliação da eletrodissolução de eletrodos no tratamento de efluentes de abatedouros de aves Validation of the electrocoagulation process and evaluation of the electro-dissolution of electrodes in the treatment of poultry slaughterhouse wastewater |
Maria Paulina Mendoza Combatt1,*; Regina Célia Santos Mendonça1; Gerson de Freitas Silva Valente2; Cláudio Mudadu Silva3
1. Departamento de Tecnologia de Alimentos, Universidade Federal de Viçosa, 36570-000 Viçosa - MG, Brasil Recebido em 03/11/2016 *e-mail: maripauli18@hotmail.com The electrocoagulation have been considered a promising technology for wastewater food treatment. This paper evaluates
the application of electrocoagulation for the treatment of poultry slaughterhouse wastewater using two types of electrode,
iron and aluminum. The initial pH, the electrolysis time and the electrical current density were used as the operating
variables. The optimal operating conditions for each electrode were validated by applying the Response Surface Methodology
(RSM). It was observed that the best conditions for Chemical Oxygen Demand (COD) reduction were the use of aluminum
electrodes with electrolysis time of 40 minutes, initial pH of 4,0 and electrical current density of 30 A·m-2.
These conditions resulted in a COD removal of 86% with a final pH of 7,5. In the validation it was found a little
over-prediction and a good fit for the total removal of COD with a bias and accuracy factor of 1,04 and 1,16 respectively.
The developed models aim to facilitate the values prediction of process variables that should be favored when using
the electrolytic method on a larger scale or in additional tests for poultry slaughterhouse wastewater treatment. INTRODUÇAO A produçao de carne de frango tem apresentado um aumento expressivo desde a década passada no Brasil. Esse aumento da produçao de carne de aves acarreta em um aumento na quantidade de resíduos gerados pela indústria de abate e processamento dos alimentos. Abatedouros de aves geram grandes quantidades de águas residuárias que contêm teores elevados de matéria orgânica biodegradável constituída de material suspenso e coloidal, tais como gorduras e proteínas.1-3 As restriçoes legais para a disposicao de efluentes, os custos de tratamento, a presença de um consumidor ambientalmente consciente e a busca por alternativas menos impactantes e mais eficientes fizeram com que o tratamento de águas residuárias tenha emergido como uma grande preocupaçao na indústria de carnes. As condiçoes de remoçao de poluentes podem ser alcançadas por diferentes tipos de tratamentos das águas residuárias, sendo os mais comuns as tecnologias físico-químicas e os processos biológicos. Tecnologias físico-químicas como a coagulaçao/floculaçao/decantaçao abrangem três estágios na remoçao sólido/líquido. Primeiramente o reagente químico é acrescentado na água para desestabilizaçao dos poluentes; o objetivo do segundo passo é atingir a formaçao de partículas de maior tamanho, flocos, por meio de uma mistura lenta que promove a colisao das partículas e sua consequente agregaçao; o último passo consiste na separaçao sólido-líquido por sedimentaçao ou flotaçao dos flocos formados.4 Alternativas de tratamento que ofereçam vantagens comparativas em quanto à automatizaçao dos processos e custo vêm sendo estudadas, destacando-se a eletrocoagulaçao (EC) como uma tecnologia promissora para o tratamento de águas e efluentes produzidos por diversas indústrias.1,5-24 No processo de eletrocoagulaçao, um reator eletroquímico permite a realizaçao dos passos da coagulaçao convencional disponibilizando o coagulante "in situ". O reator eletrolítico possui eletrodos de sacrifício, os quais sao feitos de metais como alumínio ou ferro, que liberam espécies químicas que atuarao como coagulante. No momento em que é aplicado um potencial elétrico, o anodo sofre corrosao em decorrência da oxidaçao e ocorre a solvataçao do cátion formado. Consequentemente, há a formaçao de espécies hidrolisadas e do hidróxido metálico insolúvel. Ao mesmo tempo, no processo de eletrocoagulaçao, em decorrência do potencial aplicado, microbolhas de hidrogênio podem ser formadas no cátodo do reator, por meio de reaçoes de reduçao. Essas microbolhas promovem a separaçao das partículas por meio de flotaçao.25 Dentre os métodos de otimizaçao de variáveis usados na atualidade encontra-se a metodologia de superfície de resposta (MSR), que se trata de um conjunto de técnicas matemáticas e estatísticas úteis para o desenvolvimento e otimizaçao do processo em que a resposta de interesse é influenciada por diversas variáveis. A MSR define o efeito das variáveis independentes e suas interaçoes sobre a variável de resposta por meio de um modelo matemático que descreve o processo. A perspectiva gráfica do modelo leva o nome de superfície de resposta. É possível separar um estudo de otimizaçao usando MSR em três etapas. A primeira fase é o trabalho preliminar em que é realizada a determinaçao dos parâmetros independentes, e os seus níveis. A segunda etapa é a seleçao do delineamento experimental e a previsao e verificaçao da equaçao do modelo. A última é a obtençao dos gráficos de superfície de resposta como uma funçao dos parâmetros independentes e determinaçao do ponto ótimo.26 Embora existam pesquisas sobre as condiçoes que devem ser favorecidas no processo de eletrocoagulaçao,11,15-18 nao existem resultados que validem os modelos encontrados em experimentos anteriores usando efluente de abatedouros de frango. De igual forma existe falta de discussao referente à dissoluçao dos eletrodos usados na técnica eletrolítica e aos mecanismos de coagulaçao presentes no meio quando otimizados os parâmetros mais importantes. A presente pesquisa teve como objetivos: i) montar, testar e verificar a eficiência do processo de eletrocoagulaçao em laboratório utilizando reatores equipados com eletrodos de ferro ou alumino para remoçao da DQO de efluentes de abatedouro de frangos; ii) Desenvolver modelos matemáticos para prediçao de remoçao da DQO para os reatores com eletrodos de ferro e com eletrodos de alumínio; iii) comparar e eleger o melhor sistema; iv) validar o modelo matemático do melhor sistema encontrado e v) avaliar o desgaste do eletrodo do melhor sistema encontrado.
MATERIAL E MÉTODOS Caracterizaçao do efluente O efluente utilizado foi obtido de um abatedouro local com capacidade de abate de 145.000 aves por dia. O abatedouro utiliza aproximadamente 2.300 m3 d-1 de água. As águas residuárias sao originadas de diferentes etapas do processamento tais como corte, escaldagem, depenamento, evisceraçao, refrigeraçao e embalagem. A água residuária dos diferentes setores é misturada, passa por canais com grade para remoçao de partículas grosseiras, e é direcionada para um tanque de equalizaçao, onde foram coletadas as amostras para os experimentos. A caracterizaçao do efluente foi feita de acordo com o Standard Methods, American Public Health Association27 e as análises foram realizadas em triplicata. Ensaios de eletrocoagulaçao Os ensaios de eletrocoagulaçao foram conduzidos em batelada, em reator de vidro com dimensoes 300×200×135 mm (L×H×P). Os eletrodos foram construídos por oito placas: 130 x 150 x 1,5 mm (L×H×P) com área superficial de contato com o efluente de 0,104 m2, mantendo-se uma relaçao entre a área do eletrodo e o volume de efluente igual a 52 m2 m-3 em cada ensaio (Figura 1). Os catodos e anodos foram feitos com laminas de alumínio ou com laminas de ferro com pureza de 99% e 99,45%, respectivamente. Espaçadores de teflon permitiram o ajuste da distância entre as placas dos eletrodos. Utilizou-se uma conexao elétrica em paralelo do tipo monopolar, entre os eletrodos, para a aplicaçao de corrente contínua. A intensidade de corrente foi aplicada por meio de uma fonte de alimentaçao de corrente controlada. A temperatura do efluente no momento de conduçao dos ensaios de eletrocoagulaçao foi mantida em 25 °C, próximo à temperatura média anual do local. O pH das amostras coletadas foi ajustado usando NaOH (1 mol L−1) ou H2SO4 (0,05 mol L−1) quando necessário. Durante a aplicaçao da corrente elétrica, o liquido foi agitado a 50 rpm para assegurar o contato com os eletrodos. Quando cessou a passagem da corrente elétrica, desligou-se a agitaçao e aplicou-se um tempo de repouso de 20 min. Em seguida, coletaram-se as amostras para as análises.
Figura 1. Diagrama esquemático do reator de eletrocoagulaçao
Planejamento experimental Com o propósito de avaliar os resultados utilizou-se a MSR e o delineamento estatístico Box-Behnken instalado sob o DIC (delineamento inteiramente ao acaso), sendo planejados tratamentos com três fatores de interesse combinados em três níveis: pH inicial (4, 5,5 e 7), densidade de corrente (15, 45 e 75 A.m-2) e tempo de eletrólise (20, 40 e 60 min), conforme pesquisas prévias com efluente de abatedouros de aves.1,11,15-18 Foram feitas 12 combinaçoes entre os níveis dos três fatores e cinco repetiçoes referentes à combinaçao no ponto central para estimativa do erro residual, totalizando 17 ensaios experimentais para cada material de eletrodo (alumínio e ferro); tendo como variável resposta a remoçao percentual de DQO total, (Tabela 1). O programa MINITAB® 16 (Minitab Inc., USA)28 foi utilizado na construçao dos modelos estatísticos. Análises de variância foram efetuadas para a variável resposta em que p valores indicam os termos significativos do modelo apresentado, em nível de significância de 5%. A verificaçao de conformidade da análise estatística para obtençao dos modelos foi feita usando ferramentas gráficas para constataçao das pressuposiçoes desta análise, para os resíduos, sendo avaliada a distribuiçao normal dos resíduos, a homogeneidade de variâncias e a independência dos resíduos (dados nao apresentados).
Validaçao do modelo A validaçao do modelo ajustado foi realizada para o melhor tipo de material de construçao do eletrodo usado. Utilizaram-se três índices estatísticos para a comparaçao dos resultados: uma ferramenta gráfica que permitiu a comparaçao dos resultados reais com os resultados teóricos preditos pelo melhor modelo, o fator exatidao e o fator bias, representados pelas Equaçoes 1 e 2 respectivamente.29 em que N é o numero de observaçoes, P é o valor predito e O é o valor observado. Cálculo do desgaste de eletrodos Para avaliaçao do desgaste do eletrodo, no início de cada ensaio os eletrodos eram pesados. Ao final, os eletrodos foram lavados para remover possíveis lipídeos aderidos à superfície e levados à estufa a 105 ± 2 °C e seu peso foi determinado.18 Os resultados do desgaste real obtido pela diferença de pesos dos eletrodos foi comparado com o resultado expressos pela lei de Faraday. A lei de Faraday descrita pela Equaçao 3 pode ser usada para relacionar a massa do metal gerada pelo sistema eletrolítico com a intensidade de corrente (I) e o tempo de eletrólise (t). Nesta relaçao, M é o peso atômico do metal, z é o numero de elétrons transferidos na dissoluçao anódica e F é a constante de Faraday (96.486 C mol-1).
RESULTADOS E DISCUSSAO Os resultados das análises químicas do efluente de abatedouro de aves sao apresentados na Tabela 2 bem como os limites para os diferentes parâmetros segundo a legislaçao local. Ao propor um método eletroquímico de tratamento, o primeiro parâmetro a ser considerado foi a condutividade elétrica inicial do efluente, que apresentou um valor de 1,43 mS cm -1, valor típico nesse tipo de indústria,15,18 em que sao geradas grandes quantidades de efluentes com elevada carga orgânica dissolvida,2 e uma quantidade considerável de diferentes tipos de íons provenientes das atividades de limpeza e sanitizaçao de superfícies da fábrica. Os produtos de sanitizaçao comumente usados, como os compostos clorados inorgânicos e orgânicos, podem gerar espécies iónicas importantes como é o caso do íon cloreto. A presença desse íon tem especial importância nos efluentes sujeitos à eletrocoagulaçao, já que pode compensar os efeitos negativos dos ânions HCO3- e SO42-. A existência de íons bicarbonato e sulfato nos efluentes pode conduzir à precipitaçao de íons Ca2+ e Mg2+, e à formaçao de uma capa isolante na superfície dos eletrodos, que poderia ocasionar um aumento no potencial da célula eletrolítica e consequentemente nos custos de tratamento.25
Eletrodos de Ferro Nos ensaios com eletrodos de ferro, os flocos apresentaram-se estáveis (firmes e coesos) e permaneceram na superfície até o momento da coleta de amostra. A aparência do efluente tratado com eletrodos de ferro manteve-se constante após cada ensaio, apresentando coloraçao verde em virtude da presença de Fe(OH)2. Após poucos minutos de contato com o ar observou-se uma mudança na coloraçao do efluente tratado para uma coloraçao vermelho tijolo. Esta coloraçao se deve a oxidaçao do Fe(OH)2 a Fe(OH)3, que também foi relatado por Valente et al.14 Tal fenômeno pode ser um fator limitante para o uso de eletrodos de ferro, já que é desejável a ausência de cor no efluente tratado. Os modelos ajustados para a eficiência de remoçao de DQO e pH final do efluente considerando somente as variáveis significativas para um intervalo de confiança de 95% (p < 0,05) estao representados pelas Equaçoes 4 e 5, respectivamente: em que: Z é a porcentagem de remoçao de DQO; t é o tempo de eletrólise (min); pHi é o pH inicial do efluente; j é a densidade de corrente elétrica (A m-2) e pHf é o pH final do efluente. Analisando a Equaçao 4, observa-se a existência do termo tempo ao quadrado com sinal positivo, o qual após a segunda derivaçao da equaçao minimiza a resposta em um valor de t = 47 min, o que significa que os valores da variável tempo de eletrólise que favorecem o aumento da percentagem de remoçao de DQO devem estar afastados do tempo 47 min. Na mesma equaçao as interaçoes pHi·j e pHi·t, ambas com sinal negativo, denotam um antagonismo entre estes parâmetros. Interpretando a equaçao resultante para atender a condiçao ótima de remoçao de DQO desejada, podem ser consideradas duas opçoes técnicas de operaçao do reator. A primeira opçao (Op. 1) consiste em adotar valores dentro da faixa estudada, altos para a variável tempo de eletrólise, baixos para o pH inicial do efluente e altos para a densidade de corrente. Utilizando o modelo encontrado (Equaçao 4) para simular remoçoes de DQO quando estabelecidas as condiçoes ótimas desta primeira opçao, tem-se que para t = 60 min, as melhores condiçoes de densidade de corrente e pH inicial sao, respectivamente, j = 50 A m-2 e pHi = 4,5, para uma remoçao de DQO de aproximadamente 88,8%. A segunda opçao (Op. 2) consiste em adotar valores baixos para a variável tempo de eletrólise, altos para o pH inicial do efluente e baixos para a densidade de corrente. Utilizando o modelo encontrado para simular remoçoes de DQO quando estabelecidas as condiçoes ótimas desta segunda opçao, encontra-se que para t = 20 min, as melhores condiçoes de densidade de corrente e pH inicial sao, respectivamente, j = 15 A m-2 e pHi = 7, para obter uma remoçao de DQO de aproximadamente 84,32%. A segunda opçao é mais viável uma vez que apresenta condiçoes mais econômicas quando se considera os preços de produtos (aferimento de pH inicial) e serviços (energia elétrica) ao ser comparada com a primeira opçao. Tais resultados podem ser observados na Figura 2.
Figura 2. Superfície de resposta para a porcentagem de remoçao de DQO total por densidade de corrente em funçao de pH inicial do efluente quando: (a) t = 60 min; (b) t = 20 min
Ao analisar a Equaçao 5 para a variável resposta pH final do efluente, observa-se que foram significativas as variáveis de entrada do pH inicial do efluente, da densidade de corrente e do tempo de eletrólise. Tais condiçoes determinaram um comportamento linear com o pH final (pHf). Observa-se que o aumento do pH final está diretamente relacionado com valores mais altos das três variáveis usadas como condiçao de projeto. Utilizando o modelo encontrado para predizer condiçoes de pH final do efluente (Eq. 5), quando estabelecidas as condiçoes ótimas (Op1 e Op2) para a remoçao de DQO, isto é: j = 50 A m-2; t = 60 min , pHi = 4,5 e j = 15 A m-2; t = 20 min e pHi = 7, encontraram-se valores de pH 8,85 e 8,5, respectivamente, os quais enquadram-se dentro dos limites estabelecidos em diversas legislaçoes em caso de descarte imediato.30,31 Eletrodos de alumínio Observou-se uma predominância de flotaçao dos flocos formados durante o tratamento por EC com eletrodos de alumínio. Nesse processo o efluente tratado apresentou-se incolor, os flocos formados eram esbranquiçados, pequenos e compactos. Uma vez paralisado o processo de mistura, observou-se a estabilidade dos flocos flotados na superfície. Os modelos ajustados para a eficiência de remoçao de DQO e pH final do efluente para variáveis significativas considerando um intervalo de confiança de 95% (p < 0,05) estao representados pelas Equaçoes 6 e 7, respectivamente: em que: Z é a porcentagem de remoçao de DQO; t é o tempo de eletrólise (min); pHi é o pH inicial do efluente; j é a densidade de corrente elétrica (A m-2); pHf é o pH final do efluente. Analisando a Equaçao 6, observa-se que existem dois termos quadráticos negativos referentes ao tempo e à densidade de corrente. Isso indica que é possível otimizar os valores para essas variáveis de entrada. Desse modo, derivando a Equaçao 6 com respeito ao tempo e à densidade de corrente separadamente foi possível encontrar que os valores das variáveis tempo e densidade de corrente que favorecem a maior porcentagem de remoçao de DQO foram 40 minutos e 75 A m-2, respectivamente. Seguindo a análise do modelo encontrado, também foi possível observar que além dos termos lineares, existe uma interaçao significativa entre as variáveis pHi e j. O sinal positivo do termo representa uma sinergia entre estas variáveis, significando que existe maior eficiência na remoçao de DQO quando existe um aumento ou uma reduçao simultânea dos dois parâmetros (pHi e j). Interpretando a equaçao resultante para atender a condiçao ótima de remoçao de DQO desejada, podem ser consideradas duas opçoes técnicas de operaçao do reator. Uma opçao (Op.3) consiste em manter o pHi alto (pHi = 7), a densidade de corrente em 75 A m-2 e o tempo de eletrolise de 40 min. Nestas condiçoes podem ser observados na Figura 3a valores de remoçao de DQO de 70%.
Figura 3. Superfície de resposta para a porcentagem de remoçao de DQO total por densidade de corrente em funçao do tempo de eletrolise quando: (a) pHi = 7; (b) pHi = 4
Outra opçao (Op. 4) para os eletrodos de alumínio consiste em manter o pH em 4. Como observado na Figura 3, na condiçao de pH baixo é preferível manter condiçoes de densidade de corrente entre 30 e 35 A m-2 e tempo de eletrólise de 40 min para obter valores de maior remoçao de DQO (>85%). Os maiores valores de remoçao de DQO da Figura 3b comparados com aqueles da Figura 3a sao devido à condiçao de baixa densidade de corrente, que favorece a dissoluçao de alumínio, enquanto em valores altos a formaçao de oxigênio e a dissoluçao do alumínio competem e, consequentemente, a geraçao do coagulante decresce.32 A reduçao de DQO encontrada na presente pesquisa (Op. 4) foi similar àquela encontrada por Bayar et al.15 Esses autores usaram eletrodos de aluminio, uma densidade de corrente de 10 A m-2 e pH inicial do efluente de 3, condiçoes nas que foram encontradas remoçoes superiores a 80% de DQO. Analisando-se a Equaçao 7, semelhante aos eletrodos de ferro, tem-se que para os eletrodos de alumínio o aumento do pH final está diretamente relacionado com valores mais altos das três variáveis estudadas, pH inicial do efluente, densidade de corrente e tempo de eletrólise. Utilizando o modelo encontrado para predizer condiçoes de pH final (Equaçao 7) do efluente, quando estabelecidas as condiçoes ótimas (Op 3 e Op 4) para a remoçao de DQO, isto é, j = 75 A m-2; t = 40 min e pHi = 7 e j = 30 A m-2; t = 40 min e pHi = 4, encontra-se o valor de pH final igual a 8,9 e 7,5, respectivamente, os quais enquadram-se nos limites estabelecidos em diversas legislaçoes em caso de descarte imediato.30,31 Validaçao do modelo ajustado para eletrodos de alumínio A validaçao foi feita para o modelo encontrado com eletrodos de alumínio, já que os resultados com este material apresentaram menores efeitos de aumento da cor que os tratamentos realizados com os eletrodos de ferro. A comparaçao gráfica de valores reais de remoçao de DQO obtidos em laboratório utilizando-se diferentes condiçoes de operaçao do reator versus valores teóricos obtidos usando-se o modelo encontrado (Equaçao 6) para diferentes tipos de efluentes de abatedouro de aves mostra uma distribuiçao homogênea dos pontos, conforme pode ser observado na Figura 4. Observa-se que a maior parte dos pontos está acima da linha de 45°, o que significa que existe superestimaçao do modelo ajustado. Os pontos encontrados abaixo da linha descrevem os melhores resultados, ou seja, maior remoçao de DQO quando comparados com os valores de DQO simulados pelo modelo. Estes pontos foram obtidos quando usadas condiçoes de pH inicial do efluente de 5,5, tempo de eletrólise de 40 min e densidade de corrente de 15 ou 25 A m-2. A reduçao de DQO nesses pontos foi sempre superior a 80%. Um parâmetro que beneficiou o tratamento por eletrocoagulaçao permitindo o uso de baixas densidades de corrente foi a elevada condutividade inicial (1.430 uS cm-1), caracteristica inerente a este tipo de efluente.15,18 Resultados similares foram obtidos por Thirugnanasambandham et al.,11 que usaram densidade de corrente de 15 A m-2, tempo de eletrólise de 30 min e área superficial de eletrodo de 5 m2.
Figura 4. Comparaçao entre resultados de remoçao de DQO reais e resultados estimados pelo modelo usando eletrodos de alumínio no processo de eletrocoagulaçao aplicado a efluentes de abatedouro de aves
O fator bias e o fator exatidao de 1,04 e 1,16, respectivamente, mostram um bom ajuste do modelo avaliado uma vez que valores próximos a 1,0 para o fator bias expressam pouca superestimaçao do modelo com respeito aos dados observados. Por outro lado, o valor de 1,16 para o Fator Exatidao indica que existe um desvio médio de 16% dos valores previstos para os valores observados; ou seja, quando utilizadas as condiçoes de entrada j = 30 A m-2; t = 40 min e pHi = 4, o modelo simula condiçoes de remoçao de DQO de 86%, o valor real da remoçao porcentual poderia estar entre 74 (86/1,16) e 99,8 (86 × 1,16) enquadrando-se sempre no porcentual de remoçao exigido na legislaçao local para despejo aos corpos de água.33 Eletrodissoluçao de eletrodos de alumínio Estimou-se o desgaste do eletrodo de alumínio quando se validou o modelo proposto. Estudos têm mostrado a importância da densidade de corrente (j) e do pH inicial do efluente (pHi) na dissoluçao eficiente das placas metálicas usadas nos processos de eletrocoagulaçao.4,34 Para se avaliar a influência de tais variáveis no desgaste de eletrodos, adotou-se o tempo ótimo para uma remoçao máxima de DQO (Equaçao 6) igual a 40 min e variou-se as condiçoes de pH inicial do efluente (4,5 e 5,5) e densidade de corrente (j = 15; 25; 37,5 e 56,25 A m-2). Para as condiçoes de operaçao do reator testadas foi possível observar diferentes desgastes para o eletrodo conforme a Figura 5. Isso significa que aos 40 minutos de operaçao do reator, para um pH de 4,0 e j = 15 A m-2, por exemplo, há uma eletrodissoluçao do eletrodo fazendo com que 0,17 g Al L-1 fiquem disponíveis para as reaçoes químicas envolvidas no processo de coagulaçao. Pela Figura 5 também se observou que, em todos os casos, a concentraçao de alumínio encontrada pela lei de Faraday esteve abaixo da concentraçao de alumínio estimada pelo desgaste dos eletrodos quando estes foram pesados. Por tais razoes acredita-se que a eletrodissoluçao do alumínio nao depende unicamente do processo eletroquímico, mas também existe influência dos processos químicos que acontecem no meio.32
Figura 5. Variaçao da concentraçao de alumínio na célula eletrolítica em funçao de diferentes densidades de corrente para pH 4; 5,5 e valores preditos pela lei de Faraday
Como relatado no item anterior, os melhores resultados para eletrodos de alumínio, ou seja, a maior remoçao de DQO foi alcançada quando foram usadas condiçoes de pH inicial do efluente baixo (pHi = 4 a 5,5) e densidade de corrente baixa (j = 15 a 25 A m-2). Nestas condiçoes foi avaliado o gradiente de pH do efluente durante 40 min mostrado na Figura 6. O pH alcalino atingido no catodo do reator, causado devido à reduçao da molécula de água, favorece a corrosao dos eletrodos de alumínio, aumentando a concentraçao do alumínio no efluente.34
Figura 6. Gradientes de pH do efluente através do tempo de eletrolise A) desde pH inicial 4,0; B) desde pH inicial 5,5
Da mesma forma, quando usadas condiçoes ótimas de pH inicial do efluente baixo (pHi = 4 a 5,5), densidade de corrente baixa (j = 15 a 25 A m-2) e tempo de 40 min, pode ser observado o desgaste de eletrodos na Figura 7a. Tomando como referência o diagrama de solubilidade de alumínio (Figura 7b), tem-se que nas condiçoes de pH final e de concentraçao de alumínio no meio, a espécie predominante é o hidróxido precipitado do metal, o qual seria responsável pela coagulaçao pelo mecanismo de varredura. Nesse mecanismo os poluentes podem ser arrastados pelo hidróxido metálico insolúvel e precipitar, ou podem ser adsorvidos sobre a superfície.35
Figura 7. (a) Variaçao da concentraçao de alumínio na célula eletrolítica em funçao de diferentes densidades de corrente e pH finais (b) Diagrama de solubilidade do alumínio em funçao da concentraçao molar do alumínio e pH (T = 25 °C)36
CONCLUSOES Foram construídos reatores de eletrocoagulaçao equipados com eletrodos de ferro ou alumínio para o tratamento de efluente de abatedouro de frangos, ambos obtiveram eficiência elevada na remoçao de DQO (> 80 %), no entanto o uso de eletrodos de ferro causou cor no efluente tratado mostrando desvantagens frente ao uso de eletrodos de alumínio, para o qual o efluente tratado apresentou-se incolor. Foram desenvolvidos dois modelos matemáticos para previsao da remoçao de DQO, através da eletrocoagulaçao, sendo um para eletrodos de ferro e outro para eletrodos de alumínio, e ambos os modelos obtiveram um ajuste alto, comprovado pelo coeficiente de determinaçao, R2 > 0,8 (Dado nao apresentado). A otimizaçao dos parâmetros da eletrocoagulaçao para o tratamento de efluentes provenientes de abatedouros de aves usando eletrodos de alumínio mostraram que, quando utilizadas condiçoes de tempo de 40 min, pH inicial 4,0 e densidade de corrente de 30 A m-2 sao obtidas porcentagens de remoçao de DQO de 86%, com pH final do efluente de 7,5, enquanto as melhores condiçoes para o uso de eletrodos de ferro foram tempo de 20 min, pH inicial 7,0 e densidade de corrente de 15 A m-2 para obter porcentagens de remoçao de DQO de 84%, com pH final do efluente de 8,5. Foi escolhido o modelo desenvolvido com eletrodos de alumínio para validaçao, uma vez que a produçao de cor que geram os eletrodos de ferro é uma característica indesejável no efluente tratado. Na avaliaçao gráfica e estatística utilizada para validar o modelo ajustado, encontrou-se um fator bias e o fator exatidao de 1,04 e 1,16, respectivamente, apresentando um bom ajuste do modelo e mostrando pouca sobre estimaçao dos dados validados. Nas condiçoes ótimas encontradas para eletrodos de alumínio, a concentraçao estimada pela lei de Faraday esteve abaixo do desgaste do metal estimado quando estes foram pesados. Considerando os valores de desgaste de eletrodos tem-se que a espécie predominante no meio é o hidróxido precipitado do metal, o qual seria responsável da coagulaçao pelo mecanismo de varredura. Recomenda-se que, para trabalhos posteriores, sejam avaliadas as espécies químicas do alumínio presentes no meio. Os modelos desenvolvidos para eletrodos de alumínio neste estudo visam facilitar a prediçao dos valores das variáveis do processo que devem ser favorecidas quando usado o método eletrolítico em maior escala ou em testes adicionais para efluentes de abatedouro de aves. Da mesma forma, pelos resultados obtidos, concluímos que a eletrocoagulaçao é uma tecnologia que pode ser usada como tratamento único ou complementar do tipo de efluente estudado.
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