UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

PROCESSO ELETROLTICO NO TRATAMENTO DE

ESGOTOS SANITRIOS: ESTUDO DA SUA

APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS

ANDR LUIZ LOPES SINOTI

ORIENTADOR: MARCO ANTONIO ALMEIDA DE SOUZA

DISSERTAO DE MESTRADO EM TECNOLOGIA

AMBIENTAL E RECURSOS HDRICOS

PUBLICAO: PTARH.DM 074 A/04

BRASLIA/DF: DEZEMBRO/2004

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UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

PS-GRADUAO EM TECNOLOGIA AMBIENTAL E RECURSOS HDRICOS

PROCESSO ELETROLTICO NO TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITRIOS:

ESTUDO DA SUA APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS

ANDR LUIZ LOPES SINOTI

DISSERTAO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA

UNIVERSIDADE DE BRASLIA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS

PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM CINCIAS.

APROVADA POR:

_________________________________________________ Prof. Marco Antonio Almeida de Souza, PhD (UnB) (ORIENTADOR)

_________________________________________________ Prof. Ricardo Silveira Bernardes, PhD (UnB) (EXAMINADOR INTERNO)

_________________________________________________ Prof. Rejane Helena Ribeiro da Costa, Doutora (UFSC - Univ. Fed. Santa Catarina) (EXAMINADOR EXTERNO)

DATA: BRASLIA/DF, 06 DE DEZEMBRO DE 2004

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FICHA CATALOGRFICA SINOTI, ANDR LUIZ LOPES Processo eletroltico no tratamento de esgotos sanitrios: estudo da sua aplicabilidade e

mecanismos associados [Distrito Federal] 2004.

xxvi, p.154, 210 x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Tecnologia Ambiental e Recursos

Hdricos, 2004). Dissertao de Mestrado Universidade de Braslia.

Faculdade de Tecnologia.

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.

1. Tratamento eletroltico 2. Eletrodos de alumnio, ferro e grafite 3. Tratamento de guas Residurias 4. Ps-tratamento I. ENC/FT/UnB II.Ttulo (srie)

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

SINOTI, A. L. L. (2004). Processo eletroltico no tratamento de esgotos sanitrios:

estudo da sua aplicabilidade e mecanismos associados. Dissertao de Mestrado,

Publicao PTARH.DM - 12 / 04, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental,

Universidade de Braslia, Braslia, DF, 143 p.

CESSO DE DIREITOS

NOME DO AUTOR: Andr Luiz Lopes Sinoti

TTULO DA DISSERTAO DE MESTRADO: Processo eletroltico no tratamento

de esgotos sanitrios: estudo da sua aplicabilidade e mecanismos associados.

GRAU: Mestre ANO: 2004

concedida Universidade de Braslia permisso para produzir cpias desta

dissertao de mestrado e para emprestar ou vender tais cpias somente para

propsitos acadmicos e cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e

nenhuma parte desta dissertao de mestrado pode ser reproduzida sem a

autorizao por escrito do autor.

___________________________________________

Andr Luiz Lopes Sinoti SQN 410 Bloco G, Ap.107. - CEP 70.865070 Braslia DF Braslia sinoti@unb.br, andresinoti@hotmail.com

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AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar, e principalmente, agradeo a Deus. memria de minha querida v Rosa . Agradeo a meus pais, Maria Luza e Sergio, que mesmo distantes, sempre me deram grande apoio, assim como aos meus irmos, Rogrio, Cludio e Daniela. Agradeo a minha cunhada Isabela e aos meus sobrinhos Bruno e Caio, por existirem, e me darem acalento, nos momentos de cansao. Agradeo aos meus amigos, e peo desculpas pela ausncia nestes ltimos tempos. Aos meus colegas e amigos do mestrado, Andria, Andra (dia doida), Ine, Jana e todos os outros. Agradeo ao companheiro de tardes eletrolticas, o meu amigo Seandro, e ao Nlio pelo seu dedicado trabalho na coleta das amostras. Agradeo a Simone, essa mulher maravilhosa, por tudo que ocorreu neste ano de 2004, pela pacincia, compreenso e amor que me deu fora para que conseguisse realizar este trabalho. Agradeo aos meus grandes amigos Gustavo e Genrio, que me acolheram em suas casas neste perodo difcil. Agradeo especialmente ao meu amigo de trabalho e companheiro de todas as horas, o Boy. Agradeo a Professora Cristina, que foi uma das primeiras incentivadoras deste meu mestrado, e pela ajuda em todos os sentidos, nos bons e maus momentos. Agradeo ao meu Professor e amigo Marco Antonio, que me deu a liberdade para criar, e sabedoria para indicar os melhores caminhos a serem trilhados. Agradeo a todos que me agradeceram pelas suas dissertaes, durante todos estes anos no PTARH.

v

RESUMO PROCESSO ELETROLTICO NO TRATAMENTO DE ESGOTOS SANITRIOS: ESTUDO DA SUA APLICABILIDADE E MECANISMOS ASSOCIADOS Autor: Andr Luiz Lopes Sinoti Orientador: Marco Antonio Almeida de Souza Programa de Ps-graduao em Tecnologia Ambiental e Recursos Hdricos Braslia, dezembro de 2004

Os processos eletrolticos tm sido uma opo para tratamento de algumas guas residurias, tais como os esgotos sanitrios, podendo ser empregados como processo nico ou acoplados com outros processos, na busca de qualidade mais alta dos efluentes tratados e da manuteno e melhoria das guas receptoras e das condies ambientais.

Este trabalho teve como objetivo estudar os mecanismos e a eficincia de remoo dos poluentes presentes nos esgotos domsticos tratados por Estaes de Tratamento de Esgotos (ETEs). Foram estudados os efluentes de decantador primrio, efluentes tratados de forma biolgica aerbia pelo processo de lodos ativados (efluentes do decantador secundrio), efluentes do tratamento fsico-qumico tercirio, ou efluentes tratados de forma biolgica anaerbia (efluentes de reator UASB).

Os efluentes foram processados em reator de batelada, em escala de bancada, por 60 minutos, utilizando eletrodos reativos de ferro ou de alumnio, em primeira etapa, por 20 minutos e os eletrodos inertes de grafite em segunda etapa. As variveis da pesquisa foram: a corrente eltrica (corrente contnua); tipo de eletrodos (ferro, alumnio e grafite); e tipo de efluentes.

Foram medidas e analisadas as eficincias de remoo de amnia, cor, turbidez, fsforo, cloro, ferro, alumnio, coliformes totais, e matria orgnica (COT Carbono orgnico Total). Foi observado o efeito da variao de pH no processo e das variveis de pesquisa mencionadas anteriormente. De acordo com as condies de trabalho aplicadas, se concluiu que o tratamento eletroltico pode levar a altas eficincias de remoo de orto-fosfato (> 99 %) e coliformes totais (100 %, em vrios casos), mesmo com baixas correntes aplicadas, para os quatro efluentes tratados. Para os efluentes primrios e de reator UASB, que tm maior carga poluente, o tratamento eletroltico apresentou maior eficincia, de forma geral, em relao aos efluentes secundrios e tercirios. O eletrodo de alumnio apresentou melhores resultados do que o de ferro, para todas as caractersticas de qualidade da gua estudadas, com exceo de coliformes totais. Os principais mecanismos de remoo dos poluentes foram a eletrocoagulao e eletrofloculao, com remoo dos slidos produzidos por eletroflotao.

PALAVRAS-CHAVE: tratamento eletroltico de esgotos, tratamento de guas residurias, eletrodos de alumnio, ferro e grafite.

vi

ABSTRACT SEWAGE TREATMENT BY ELECTROLITIC PROCESS: A STUDY OF ITS APLICABILITY AND ASSOCIATED MECHANISMS Author: Andr Luiz Lopes Sinoti Supervisor: Marco Antonio Almeida de Souza Programa de Ps-graduao em Tecnologia Ambiental e Recursos Hdricos Braslia, December of 2004

Electrolytic processes are an option for treatment of some wastewaters, such as municipal wastewaters, being applied alone or coupled with other methods, looking for a better quality of the treated effluents and the improvement and maintenance of the receiving waters quality and environmental conditions.

This work had the objective of studying the mechanisms and the efficiency of removal of pollutants present in the sewage treated by Sewage Treatment Plants. The following effluents were studied: primary effluents (from primary decanters), secondary effluents (from activated sludge aerobic biological process), tertiary effluents (from a physical-chemical process), and effluents from anaerobic biological process (UASB reactor effluents).

These effluents were submitted to a batch treatment reactor in bench scale for 60 minutes, using reactive iron or aluminum electrodes, in a first stage, and graphite inert electrodes, in a second stage. The research variables were: DC electric current; type of electrodes (iron, aluminum and graphite); and type of effluents.

The ammonia, color, turbidity, phosphorus, chlorine, total coliform and organic matter (TOC Total Organic Carbon) removal efficiencies were measured and analyzed. The effect of the changes on the pH and other variables over the electrolytic treatment process were observed. According to the applied work conditions, it was possible to conclude that the electrolytic treatment process is able to produce high removal efficiencies of orto-phosphate (>99%) and total coliform (100% in several cases), even working with low applied electric currents, for the all types of tested treated effluents. In general, for primary effluents and UASB reactor effluents, which have greater concentration of pollutants, the electrolytic treatment process presented higher efficiency than those treating secondary and tertiary effluents. Aluminum electrodes presented better results than iron electrodes for treating all studied water quality characteristics with exception to total coliform. The major mechanisms responsible for the pollutant removal were electro-coagulation followed by electro-flocculation, being the solids removed by electro-flotation.

KEY WORDS: aluminum, iron and graphite electrodes; sewage treatment; wastewater treatment.

vii

SUMRIO

1-INTRODUO.................................................................................................................1

1.1 - A GUA, SEUS USOS E O MEIO AMBIENTE................................................1 1.2 TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS..................................................2 1.3 ELETROQUMICA A SERVIO DO MEIO AMBIENTE.............................3 1.4 MOTIVAO DA PESQUISA...........................................................................4

2-OBJETIVO........................................................................................................................6

3-FUNDAMENTAO TERICA...................................................................................7

3.1 - TEORIA ELETROQUMICA.............................................................................7

3.2 - TRATAMENTO ELETROQUMICO DE GUAS RESIDURIAS...........12

3.3 - ELETROCOAGULAO E ELETROFLOCULAO................................14

3.4 - ELETROFLOTAO........................................................................................19

3.5 - PASSIVAO E POLARIZAO DOS ELETRODOS................................21

3.6 - RESDUOS DO PROCESSO ELETROQUMICO - ESCUMA E LODO....21

4-REVISO BIBLIOGRFICA......................................................................................23

4.1 HISTRICO........................................................................................................23

4.2 TRATAMENTOS ELETROLTICOS DE GUAS RESIDURIAS...........25

4.2.1 Tipos de reatores eletrolticos...................................................................26

4.2.2 Tipos de eletrodos.......................................................................................28

4.2.3 Adio de sal ..............................................................................................28

4.2.4 Corrente eltrica e densidade de corrente ...............................................30

4.2.5 Controle do pH...........................................................................................31

4.2.6 Resduos produzidos..................................................................................32

4.3MECANISMOS PREDOMINANTES NO TRATAMENTO

ELETROLTICO................................................................................................34

4.3.1 Eletrocoagulao, eletrofloculao e eletroflotao ...............................34

4.3.2 Oxidao e reduo....................................................................................35

4.3.3 Desinfeco..................................................................................................36

4.3.4 Outros mecanismos....................................................................................40

4.4TRATAMENTO ELETROLTICO ACOPLADO COM OUTROS

MTODOS..........................................................................................................41

4.5TRATAMENTO ELETROLTICO: ANLISE E CONCLUSO DOS

RESULTADOS OBTIDOS NA LITERATURA.................................................42

viii

5-METODOLOGIA...........................................................................................................45

5.1-SISTEMA ELETROLTICO EM ESCALA DE BANCADA...........................45

5.1.1- Reator UASB e seu

efluente........................................................................46

5.2 SISTEMA ELETROLTICO EM ESCALA DE BANCADA........................47

5.3 REALIZAO DOS ENSAIOS........................................................................49

5.3.1 Coleta e preparao das amostras no reator...........................................51

5.3.2 - Lavagem e pesagem dos eletrodos.............................................................53

5.3.3 - Adio de sal................................................................................................53

5.3.4- Corrente eltrica e densidade de corrente.................................................55

5.4 - MONITORAMENTO DOS ENSAIOS ELETROLTICOS...........................55

5.5 - ENSAIOS ELETROLTICOS REALIZADOS................................................56

6-RESULTADOS E ANLISES.......................................................................................60

6.1 - ENSAIOS ELETROLTICOS COM ELETRODOS DE GRAFITE.......60

6.1.1 pH, amnia e cloro residual livre e total.......................................60

6.1.2 - Fsforo..............................................................................................64

6.1.3 Massa dos eletrodos de grafite.......................................................65

6.1.4 COT (Carbono Orgnico Total)....................................................67

6.2 - ENSAIOS ELETROLTICOS COM ELETRODOS DE FERRO...........68

6.2.1 Amnia e cloro.................................................................................68

6.2.2 pH.....................................................................................................71

6.2.3 - Cor e turbidez..................................................................................76

6.2.4 Fsforo.............................................................................................81

6.2.4 COT.................................................................................................83

6.2.5 Coliformes Totais............................................................................85

6.2.6 Desgastes dos eletrodos .................................................................89

6.3 - ENSAIOS ELETROLTICOS COM ELETRODOS DE ALUMNIO ...91

6.3.1 Amnia e cloro residual livre e total.............................................92

6.3.2 pH.....................................................................................................94

6.3.3 - Cor e turbidez..................................................................................97

6.3.4 - Fsforo............................................................................................102

6.3.5 Alumnio .......................................................................................104

6.3.6 COT...............................................................................................107

6.3.7 Coliformes Totais..........................................................................109

ix

6.4- ANLISE GERAL DOS DADOS...............................................................111

6.4.1- pH....................................................................................................111

6.4.2 Amnia...........................................................................................112

6.4.3 Cloro..............................................................................................112

6.4.4 Cor e turbidez...............................................................................112

6.4.5 Fsforo...........................................................................................113

6.4.6 COT (Carbono Orgnico Total)..................................................113

6.4.7 Condutividade e cloretos..............................................................114

6.4.8 Massa dos eletrodos......................................................................115

6.4.9 Coliformes Totais..........................................................................117

6.4.10 Tempo..........................................................................................122

6.4.11 Consumo de energia...................................................................122

6.4.12 Observaes experimentais........................................................123

6.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS........................................................124

7- CONCLUSES E RECOMENDAES..................................................................126

7.1 CONCLUSES...........................................................................................126

7.1.1 Parmetros analisados..................................................................126

7.1.2 Variveis de pesquisa...................................................................127

7.1.3 - Mecanismos...................................................................................128

7.1.4 - Concluses gerais..........................................................................129

7.2 RECOMENDAES.................................................................................130

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...........................................................................132

APNDICES

APNDICE A MASSAS DOS ELETRODOS DE

GRAFITE..................................137

APNDICE B MASSAS DOS ELETRODOS DE

FERRO.......................................143 APNDICE C MASSAS DOS ELETRODOS DE ALUMNIO...............................149

x

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 Tratamentos eletrolticos: alguns tipos de efluentes, tempo de deteno,

material de eletrodo e eficincia de remoo..................................................26

Tabela 4.2 - Eficincia de remoo, em porcentagem, no tratamento eletroltico em

batelada e em fluxo contnuo no trabalho de Poon e Brueckner (1975).........28

Tabela 4.3 Valores de densidade de e tempo de deteno utilizados comumente em

trabalhos eletrolticos......................................................................................32

Tabela 5.1 Numerao das alquotas coletadas no reator, durante o ensaio

eletroltico.......................................................................................................50

Tabela 5.2 - Volumes necessrios para cada anlise fsica, qumica e

bacteriolgica..................................................................................................52

Tabela 5.3 Anlises realizadas nos volumes coletados nos ensaios

eletrolticos......................................................................................................58

Tabela 6.1 - Concentrao de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no

tratamento eletroltico por 60 minutos, com eletrodos de grafite nos efluentes

dos decantadores primrios.............................................................................62

Tabela 6.2 Concentrao (C) de amnia e sua variao (V), em %, no tratamento

eletroltico, por 60 minutos, de efluentes do decantador primrio .................62

Tabela 6.3 Concentrao de cloro residual livre (Cl L) e total (Cl T), obtidos no

tratamento eletroltico de efluentes secundrios (2o) e tercirios (3o), por 60

minutos, com eletrodos de grafite nos efluentes dos decantadores primrios,

com corrente eltrica em ampre (A)..............................................................64

Tabela 6.4 Variao (V) da concentrao (C) de amnia, em mg/L de N, no processo

eletroltico com utilizao somente de eletrodos de eletrodos de grafite, para

efluentes do decantador secundrio (2o) e do tratamento tercirio (3o), com

corrente eltrica em ampre (A)......................................................................64

Tabela 6.5 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, com o uso somente

de eletrodo de grafite no tratamento eletroltico, nos efluentes do decantador

primrio, com corrente eltrica em ampre (A)..............................................65

Tabela 6.6 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, com o uso somente

de eletrodo de grafite no tratamento eletroltico, nos efluentes do decantador

xi

secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do reator UASB, com corrente

eltrica em ampre (A)....................................................................................65

Tabela 6.7 - Porcentagem de remoo do carbono dissolvido, medido por COT, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando

eletrodos de grafite..........................................................................................67

Tabela 6.8 - Concentrao (C) de amnia e sua variao (V) com o tempo, em mg/L-N, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando

eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas

em ampres (A)...... ........................................................................................69

Tabela 6.9 - Concentrao de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do

decantador primrio, ao final do tratamento eletroltico em 60 minutos,

utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite

(G), com corrente eltrica em ampres (A).....................................................69

Tabela 6.10 Concentrao de amnia e sua variao com o tempo, em mg/L-N, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador secundrio, utilizando

eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com correntes medidas

em ampres (A).......... ....................................................................................70

Tabela 6.11 Concentrao de amnia e sua variao com o tempo, em mg/L-N, no

tratamento eletroltico de efluentes do tratamento tercirio (3o) e do reator

Uasb, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G) por 60 minutos, com

correntes medidas em ampres (A) ................................................................70

Tabela 6.12 Concentrao de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do

decantador secundrio, ao final do tratamento eletroltico em 60 minutos,

utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os eletrodos de grafite

(G), com corrente eltrica em ampres (A).....................................................71

Tabela 6.13 Concentrao de cloro total e cloro residual livre (mg/L) em efluentes do

tratamento tercirio (3o) e do reator UASB, ao final do tratamento eletroltico

em 60 minutos, utilizando os eletrodos de ferro (Fe) e posteriormente os

eletrodos de grafite (G), com corrente eltrica em ampres (A).....................71

Tabela 6.14 - Remoo dos valores de turbidez (%) no tratamento eletroltico de efluentes

do decantador primrio (1) e do reator UASB, com corrente eltrica em

ampre (A)......................................................................................................78

xii

Tabela 6.15 - Remoo, em %, da turbidez (%) no tratamento eletroltico de efluentes do

decantador secundrio (2o) e do tratamento tercirio (3o), com corrente

eltrica em ampre (A)....................................................................................78

Tabela 6.16 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no

tratamento eletroltico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de

ferro (Fe) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)........................81

Tabela 6.17 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador primrio (1o), utilizando

eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...81

Tabela 6.18 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador secundrio (2o), utilizando

eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...82

Tabela 6.19 Remoo (R), em %, da concentrao (C) de orto-fosfato, em mg/L de P, no

tratamento eletroltico de efluentes do decantador tercirio (3o), utilizando

eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...82

Tabela 6.20 Remoo, em %, do Carbono Orgnico Total (COT), no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio (1o), utilizando eletrodos de

ferro e de grafite, com corrente eltrica em ampre (A).................................84

Tabela 6.21 Remoo, em %, do Carbono Orgnico Total (COT), no tratamento

eletroltico de efluentes do reator UASB e do decantador secundrio (2o),

utilizando eletrodos de ferro e grafite, com corrente eltrica em ampre

(A)...................................................................................................................85

Tabela 6.22 Remoo (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletroltico de

efluentes de efluentes com tratamento primrio, utilizando eletrodos de ferro

e de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)..........................................86

Tabela 6.23 Remoo (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletroltico de

efluentes de efluentes com tratamento secundrio, utilizando eletrodos de

ferro e de grafite, com corrente eltrica em ampre (A).................................87

Tabela 6.24 Remoo (R), em %, de Coliformes Totais, pelo tratamento eletroltico de

efluentes de efluentes com tratamento tercirio, utilizando eletrodos de ferro e

de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)............................................87

Tabela 6.25 Remoo de Coliformes Totais, em NMP, pelo tratamento eletroltico de

efluentes de efluentes com tratamento UASB, utilizando eletrodos de ferro e

de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)............................................88

xiii

Tabela 6.26 Concentraes de Cloro Total (Cl T) e Cloro Livre (Cl L), em mg/L de Cl,

obtidas no tratamento eletroltico, com corrente eltrica em ampre (A).......88

Tabela 6.27 Variao da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento

eletroltico de efluentes do reator UASB, por 60 minutos, utilizando eletrodos

de ferro (Fe) e de grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)..............89

Tabela 6.28 Variao da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando eletrodos de ferro

(Fe) e de grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...........................89

Tabela 6.29 Variao da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g), no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador secundrio, utilizando eletrodos de

ferro e de grafite, com corrente eltrica em ampre (A).................................90

Tabela 6.30 Variao da massa dos eletrodos de ferro, em gramas (g) no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador tercirio, utilizando eletrodos de ferro

e de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)..........................................90

Tabela 6.31- Massa, em gramas, dos eletrodos de ferro utilizados no tratamento eletroltico

de efluentes UASB, primrios (1o), secundrios (2o) e tercirios (3o), com

eletrodos de ferro e de grafite.........................................................................90

Tabela 6.32 Concentrao do ferro dissolvido, mg/L, no tratamento eletroltico de

efluentes UASB, primrios (1o), secundrios (2o) e tercirios (3o), utilizando

eletrodos de ferro e de grafite, com corrente eltrica medida em ampre

(A)...................................................................................................................91

Tabela 6.33 Concentrao de amnia (C) e a variao da concentrao (V), em mg/L N,

medida nos ensaios (1) a (6), no tratamento eletroltico por 60 minutos, em

efluentes primrios, utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com

corrente eltrica em ampre (A).....................................................................92

Tabela 6.34 Concentrao (C) de amnia e a variao da concentrao (V), em mg/L N,

medida nos ensaios (1) a (6), no tratamento eletroltico por 60 minutos, em

efluentes secundrios, utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G),

com corrente eltrica em ampre (A)..............................................................93

Tabela 6.35 Concentrao (C) de amnia e a variao da concentrao (V), em mg/L N,

no tratamento eletroltico por 60 minutos, em efluentes tercirios, utilizando

eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre

(A)...................................................................................................................93

xiv

Tabela 6.36 Concentrao de cloro livre e cloro total, em (mg/L), no tratamento

eletroltico por 60 minutos, de efluentes do decantador primrio (1o) e do

reator UASB, quando utilizados eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com

corrente em ampre(A)...................................................................................94

Tabela 6.37 Concentrao de cloro livre e cloro total (mg/L), no tratamento eletroltico,

por 60 minutos, de efluentes do decantador secundrio (2o) e do tratamento

tercirio (3o), quando utilizados eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com

corrente em ampre (A)..................................................................................94

Tabela 6.38 Remoo de turbidez (em %) dos efluentes primrios (1o) e do reator

UASB, no tratamento eletroltico, por 60 minutos, utilizando eletrodos de

alumnio e grafite em seqncia, com corrente eltrica em ampre (A) ......100

Tabela 6.39 Remoo de turbidez (em %) dos efluentes secundrios (2o) e tercirios

(3o), no tratamento eletroltico utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite

(G) em seqncia, com corrente eltrica em ampre (A) ............................100

Tabela 6.40 Remoo de cor, em (%), no tratamento eletroltico aplicado aos efluentes

primrios e do reator UASB, quando utilizados eletrodos de alumnio e de

grafite em seqncia, com corrente eltrica em ampre (A) ........................101

Tabela 6.41 Remoo de cor, em %, no tratamento, por 60 minutos, no tratamento

eletroltico aplicado aos efluentes secundrios (2o) e tercirios (3o), quando

utilizados eletrodos de alumnio e de grafite em seqncia, com corrente

eltrica em ampre (A).................................................................................102

Tabela 6.42 Concentrao (C) em mgl/L de P e Remoo (R) de orto-fosfato e em

porcentagem (%), no tratamento eletroltico, por 60 minutos, de efluentes

UASB, com o uso de eletrodos de alumnio e eletrodos de grafite em

seqncia.......................................................................................................103

Tabela 6.43- Concentrao (C) em mg/L de P e Remoo (R) de orto-fosfato e em

porcentagem (%), no tratamento eletroltico, por 60 minutos, de efluentes

primrios, com o uso de eletrodos de alumnio (Al) e eletrodos de grafite

(G).................................................................................................................103

Tabela 6.44- Concentrao (C) em mgl/L de P e Remoo (R) de orto-fosfato e em

porcentagem (%), no tratamento eletroltico, por 60 minutos, de efluentes

secundrios, com o uso de eletrodos de alumnio (Al) e eletrodos de grafite

(G).................................................................................................................104

xv

Tabela 6.45 - Concentrao (C) em mg/L de P e Remoo (R) de orto-fosfato e em

porcentagem (%), no tratamento eletroltico, por 60 minutos, de efluentes

tercirios, com o uso de eletrodos de alumnio (Al) e eletrodos de grafite

(G).................................................................................................................104

Tabela 6.46 Massa dos eletrodos de alumnio, em gramas, nos ensaios eletrolticos de

efluentes primrios (1o), secundrios (2o) e tercirios (3o), quando utilizados

os eletrodos de alumnio e grafite em seqncia, com corrente eltrica medida

em ampre (A)..............................................................................................105

Tabela 6.47 Concentrao de alumnio em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas (g),

presente no tratamento eletroltico de efluente secundrio (2o) e do reator

UASB, com o uso de eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G) em seqncia,

com corrente eltrica em ampre (A) ...........................................................106

Tabela 6.48 Concentrao de alumnio, em mg/L e desgaste dos eletrodos, em gramas

(g), presente no tratamento eletroltico, por 60 minutos, de efluentes

primrios, com o uso de eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G) em

seqncia, com corrente eltrica em ampre (A)..........................................107

Tabela 6.49 - Remoo do carbono medido por COT, em porcentagem, no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando eletrodos de

alumnio (Al) e de grafite (G) ......................................................................108

Tabela 6.50 - Remoo do carbono dissolvido, via COT, em porcentagem (%), no

tratamento eletroltico de efluentes do reator UASB e do decantador

secundrio, utilizando eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), com corrente

eltrica em ampre (A)..................................................................................109

Tabela 6.51 Remoo (R) em %, de Coliformes Fecais, em nmeros mais provveis

(NMP), pelo tratamento eletroltico de efluentes de tratamento primrio,

utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com corrente eltrica

em ampre

(A)....................................................................................................110

Tabela 6.52 Remoo (R), em %,de Coliformes Fecais, em nmeros mais provveis

(NMP), pelo tratamento eletroltico de efluentes do tratamento

secundrio, utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com

corrente eltrica em

(A).................................................................................................................110

xvi

Tabela 6.53 Remoo (R) , em %, de Coliformes Fecais, em nmeros mais

provveis (NMP), pelo tratamento eletroltico de efluentes do tratamento

tercirio, utilizando eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com

corrente eltrica em

(A).................................................................................................................110

Tabela 6.54 Remoo (R), em %, de Coliformes Fecais, em nmeros mais provveis

(NMP), pelo tratamento eletroltico de efluentes do reator UASB, utilizando

eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), com corrente eltrica em (A).......111

Tabela 6.55 Concentrao de cloro (Cl), em g/L, e condutividade (C), em S/cm,

medidas no tratamento eletroltico de efluentes primrios (1o), secundrios

(2o) e tercirios (3o), utilizando eletrodos de alumnio (Al) ou de ferro (Fe),

com corrente eltrica em ampre (A)............................................................115

Tabela 6.56 Concentrao de cloro (Cl) em g/L, e condutividade (C), em S/cm,

medidas no tratamento eletroltico de efluentes primrios (1o) e secundrios

(2o), utilizando eletrodos de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)..115

Tabela 6.57 Desgaste dos eletrodos de alumnio e de ferro, medidas em massa (m), em

gramas, e quantidade de matria (mol), em mol, no tratamento eletroltico de

efluentes biolgicos, com a utilizao de eletrodos de alumnio (Al) ou ferro

(Ferro) por 60 minutos, ou de alumnio ou ferro, e posteriormente os

eletrodos de grafite (G), com corrente eltrica de 20 A................................116

Tabela 6.58 - Desgaste dos eletrodos de alumnio e de ferro, medidas em massa (m), em

gramas, e quantidade de matria (mol), em mol, no tratamento eletroltico de

efluentes biolgicos, com a utilizao de eletrodos de alumnio (Al) ou ferro

(Ferro) por 60 minutos, ou de alumnio ou ferro, e posteriormente os eletrodos

de grafite (G), com corrente eltrica de 10 A................................................117

Tabela 6.59 Potncia isntalada e consumo de energia por processos de tratamento.......123

Tabela A.1 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A)....................................................................137

Tabela A.2 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A). ..................................................................138

xvii

Tabela A.3 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A) ...................................................................139

Tabela A.4 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A) ...................................................................140

Tabela A.5 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A) ...................................................................141

Tabela A.6 - Massas dos eletrodos de grafite no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al), ferro (Fe) e grafite (G), e

corrente eltrica em ampre (A) ...................................................................142

Tabela B.1 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A) ....................................................................................................143

Tabela B.2 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A) ........................................................................................ 144

Tabela B.3 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A) ....................................................................................................145

Tabela B.4 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A) ....................................................................................................146

Tabela B.5 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

xviii

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A).....................................................................................................147

Tabela B.6 - Massas dos eletrodos de ferro no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de ferro (Fe) e grafite (G), e corrente eltrica em

ampre (A).....................................................................................................148

Tabela C.1 - Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A)...............................................................................................149

Tabela C.2 - Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A) .............................................................................................150

Tabela C.3 - Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A) ..............................................................................................151

Tabela C.4- Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A)...............................................................................................152

Tabela C.5- Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A) ..............................................................................................153

Tabela C.6 - Massas dos eletrodos de alumnio no tratamento eletroltico de efluentes dos

decantadores primrio (1o) e secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do

reator UASB, com eletrodos de alumnio (Al) e grafite (G), e corrente eltrica

em ampre (A). .............................................................................................154

xix

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 Eletrlise do cloreto de sdio fundido...............................................................8

Figura 3.2 - Modelo simples de dupla camada eltrica........................................................10

Figura 3.3 Hidroxo-espcies multimricas de Al formadas em meio aquoso..................16

Figura 4.1 - Remoo de DQO durante o tratamento eletroltico, com variao de pH

(Vlyssides et al., 2002)...................................................................................26

Figura 4.2 - Sistema de tratamento eletroltico contendo (1) agitador magntico, (2) tanque

com efluente para a alimentao do reator, (3) bomba, (4) reator

eletroqumico, (5) separador do material flotado e (6) fonte de alimentao

(CC) (Chen et al., 2000). ................................................................................27

Figura 4.3 - Concentrao de cloreto ( ), cloro livre ( ), hipoclorito ( ), cloratos (x) e

outros oxidantes ( * ), pH 9 (Vlyssides et al. 2002).....................................30

Figura 4.4 - Relao entre densidade de corrente e tempo de deteno (6,5 a 60 min) na

remoo de DQO e leos e graxas, para obteno dos mesmos valores de

eficincia de remoo (Chen et al., 2000)......................................................31

Figura 4.5 - Remoo de SVS via coagulao e floculao eletroltica de esgotos

domsticos (Vlyssides et al. 2002).................................................................33

Figura 4.6 Interaes que ocorrem dentro de um reator de eletrocoagulao (Holt et al.,

2002, modificada)...........................................................................................34

Figura 4.7 -Esquema geral da converso (6) e da combusto (5) eletroqumica de

compostos orgnicos, com simultnea evoluo de oxignio (3,4), formao

do OH a partir da H2O (1), e (2) transio do O do OH para a rede do

anodo xido (Comninellis, 1994)....................................................................36

Figura 5.1 - Unidades do sistema de tratamento da fase lquida da Estao de Tratamento

de Esgotos Braslia Norte (Santos, 2000) .......................................................46

Figura 5.2 - Unidades do sistema de tratamento da fase lquida da Estao de Tratamento

de Esgotos Parano (Santos, 2000). ...............................................................46

Figura 5.3 - Esquema de ligao dos eletrodos aos terminais positivo e negativo da

fonte................................................................................................................49

Figura 5.4 Foto do sistema de tratamento eletroltico em funcionamento, com a Fonte de

Alimentao, o Reostato, o Ampermetro e o Reator Eletroltico..................50

xx

Figura 6.1- Tratamento eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando

eletrodos de grafite, com corrente eltrica em ampre (A).............................62

Figura 6.2 Tratamento eletroltico com eletrodos de grafite, aplicado em efluentes de

decantador secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e de reatores UASB,

com corrente eltrica em ampre (A)..............................................................63

Figura 6.3 - Variao da massa em quilograma (kg) dos eletrodos de grafite nos ensaios

eletrolticos......................................................................................................66

Figura 6.4 Figura 6.4 Variao da concentrao de carbono dissolvido, no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio, pela medida de Carbono

Orgnico Total (COT), utilizando eletrodos de grafite, com corrente eltrica

em ampre (A)................................................................................................68

Figura 6.5 Variao do pH com o tempo, no tratamento eletroltico de efluentes do

decantador secundrio (2) e do tratamento tercirio (3), utilizando somente

eletrodos de ferro em diferentes corrente eltricas (A) ..................................72

Figura 6.6 Foto dos cones Imhofs com amostras coletadas do tratamento eletroltico, por

60 minutos, somente com eletrodos reativos, sendo esquerda efluentes

tratados com eletrodos de ferro e direita com eletrodos de alumnio...........74

Figura 6.7 Anlise da variao do pH com o tempo no tratamento eletroltico de efluentes

do decantador primrio (1) e do reator UASB, utilizando somente eletrodos

de Ferro, com corrente eltrica em ampre (A)..............................................75

Figura 6.8 - Variao do pH no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

secundrio (2o) e do tratamento tercirio (3o), utilizando os eletrodos Ferro e

Grafite.............................................................................................................76

Figura 6.9 - Variao do pH no tratamento eletroltico de efluentes do decantador primrio

e do reator UASB, utilizando os eletrodos Ferro e Grafite em seqncia......76

Figura 6.10 - Variao da turbidez no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

primrio (1o) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e

posteriormente de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)...................77

Figura 6.11 - Variao da turbidez no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

secundrio e do tratamento tercirio, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite

em seqncia...................................................................................................78

Figura 6.12 - Variao da cor no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

primrio (1o) e do reator UASB, utilizando eletrodos de ferro e

posteriormente de grafite, com corrente eltrica em ampre (A)...................79

xxi

Figura 6.13 - Variao da cor no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

secundrio e do tratamento tercirio, utilizando eletrodos de Ferro e Grafite

em seqncia...................................................................................................79

Figura 6.14 Foto dos Cones Imhoff, de amostras coletadas com tratamento eletroltico

com eletrodos reativos de ferro ( esquerda) e de alumnio ( direita),

utilizando eletrodos de grafite aps o uso dos eletrodos de ferro e alumnio.80

Figura 6.15 Variao da concentrao de Carbono Orgnico Total (COT), no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando eletrodos de ferro

e grafite, com corrente eltrica em ampre (A)..............................................83

Figura 6.16 Variao da concentrao de Carbono Orgnico Total (COT) no tratamento

eletroltico de efluentes do reator UASB e do decantador secundrio (2o),

utilizando eletrodos de ferro e grafite, com corrente eltrica em ampre

(A)...................................................................................................................85

Figura 6.17 Variao do pH com o tempo, no tratamento eletroltico de efluentes do

decantador primrio utilizando somente eletrodos de alumnio, com corrente

em ampre (A). ..............................................................................................95

Figura 6.18 - Variao do pH com o tempo, no tratamento eletroltico de efluentes do

decantador secundrio (2o), do tratamento tercirio (3o) e do reator UASB,

utilizando somente eletrodos de alumnio, com corrente eltrica em ampre

(A)...................................................................................................................96

Figura 6.19 - Variao do pH no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

primrio (1o) e do reator UASB, utilizando os eletrodos alumnio por 20

minutos e grafite por 40 minutos, em seqncia, com corrente eltrica medida

em ampre (A)................................................................................................97

Figura 6.20 - Variao do pH no tratamento eletroltico de efluentes do decantador

secundrio (2o) e do tratamento tercirio (3o), utilizando os eletrodos alumnio

e grafite em seqncia, e corrente eltrica em ampre (A).............................98

Figura 6.21 - Variao dos valores de turbidez no tratamento eletroltico aplicado em

efluentes do decantador primrio e do reator UASB, utilizando os eletrodos

alumnio e grafite em seqncia......................................................................98

Figura 6.22 - Variao dos valores de turbidez no tratamento eletroltico aplicado em

efluentes do decantador primrio e do reator UASB, utilizando os eletrodos

de alumnio e grafite em seqncia.................................................................99

xxii

Figura 6.23 - Variao dos valores de cor dos efluentes do decantador primrio (1o) e do

reator UASB, no tratamento eletroltico, quando utilizados eletrodos de

alumnio e grafite em seqncia....................................................................101

Figura 6.24 Remoo de cor de efluentes do decantador secundrio e do tratamento

tercirio, no tratamento eletroltico utilizando eletrodos de alumnio e grafite

em seqncia, com corrente eltrica em ampre (A)....................................102

Figura 6.25 Variao da concentrao de carbono, pela medida por COT no tratamento

eletroltico de efluentes do decantador primrio, utilizando eletrodos de

alumnio (Al) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...............107

Figura 6.26 Variao da concentrao de carbono dissolvido, pela medida por COT no

tratamento eletroltico de efluentes do reator UASB, utilizando eletrodos de

alumnio (Al) e grafite (G), com corrente eltrica em ampre (A)...............108

Figura 6.27 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes UASB,

com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por

eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente eltrica medidas em Ampre

(A).................................................................................................................118

Figura 6.28 - NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes UASB,

com eletrodos de alumnio (Al), ou de alumnio (por 20 minutos) seguidos por

eletrodos de grafite (Al/G), com corrente eltrica medida em Ampre

(A).................................................................................................................118

Figura 6.29 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes primrios,

com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por

eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente eltrica medidas em Ampre

(A).................................................................................................................119

Figura 6.30 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes primrios,

com eletrodos de alumnio (Al), ou de alumnio (por 20 minutos) seguidos por

eletrodos de grafite (Al/G), com corrente eltrica medida em Ampre

(A).................................................................................................................119

Figura 6.31 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes

secundrios, com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos)

seguidos por eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente eltrica medidas em

Ampre (A)....................................................................................................120

Figura 6.32 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes

secundrios, com eletrodos de alumnio (Al), ou de alumnio (por 20 minutos)

xxiii

seguidos por eletrodos de grafite (Al/G), com corrente eltrica medida em

Ampre (A). ..................................................................................................120

Figura 6.33 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes tercirios,

com eletrodos de ferro (Fe), ou de ferro (por 20 minutos) seguidos por

eletrodos de grafite (Fe/G), com corrente eltrica medidas em Ampre

(A).................................................................................................................121

Figura 6.34 NMP de Coliformes Totais, no tratamento eletroltico de efluentes tercirios,

com eletrodos de alumnio (Al), ou de alumnio (por 20 minutos) seguidos

por eletrodos de grafite (Al/G), com corrente eltrica medida em Ampre

(A).................................................................................................................121

xxiv

LISTA DE SMBOLOS

A..................................................................................................................................Ampere

Al..............................................................................................................................Alumnio

AT............................................................................................................................rea Total

cm............................................................................................................................centmetro

C................................................................................................................................Coulomb

C.................................................................................................................................Carbono oC..........................................................................................................................grau Celsius

C.................................................................................................................................Carbono

CaCl2............................................................................................................Cloreto de Clcio

Cl.....................................................................................................................................Cloro

CN-...............................................................................................................................Cianeto

CNO-............................................................................................................................Cianato

CO2..........................................................................................................Dixido de Carbono

CO3-.........................................................................................................................Carbonato

Cr...................................................................................................................................Cromo

CrO4-...........................................................................................................................Cromato

Cr2O72......................................................................................................................Dicromato

dc .........................................................................................................Densidade de Corrente

e.....................................................................................................................................eltron

Fe.....................................................................................................................................Ferro

h.........................................................................................................................................hora

H2O..................................................................................................................................gua

H2O2...................................................................................................Perxido de Hidrognio

HOCl..........................................................................................................cido Hipocloroso

i.......................................................................................................................corrente eltrica

m.....................................................................................................................................metro

mg/L...........................................................................................................miligrama por litro

mL...............................................................................................................................mililitro

mm............................................................................................................................milmetro

S.......................................................................................................................microsiemens

N.........................................................................................................................Nitrognio

xxv

NaCl..............................................................................................................Cloreto de sdio

NH3..............................................................................................................................Amnia

NH3..............................................................................................................................Amnia

NH2Cl......................................................................................................................Cloramina

OCl-........................................................................................................................Hipoclorito

OH-............................................................................................................................Hidroxila

O3..................................................................................................................................Oznio

P...................................................................................................................................Fsforo

Ru................................................................................................................................Rutnio

T...........................................................................................................................Temperatura

Ti...................................................................................................................................Titnio

V......................................................................................................................................Volts

VB.......................................................................................Velocidade de ascenso da bolha

W.......................................................................................................................................watt

xxvi

LISTA DE ABREVIATURAS

CA.............................................................................................................Corrente Alternada

CC...............................................................................................................Corrente Contnua

CME........................................................................Centro de Manuteno de Equipamentos

COT...................................................................................................Carbono Orgnico Total

DBO..................................................................................Demanda Bioqumica de Oxignio

DF...................................................................................................................Distrito Federal

DPD........................................................................................N,Ndietilp-fenilenodiamino)

DQO......................................................................................Demanda Qumica de Oxignio

ENC.............................................................Departamento de Engenharia Civil e Ambiental

EPA...........................................................................Environmental Protection Agency

ETA.....................................................................................Estao de Tratamento de guas

ETE...................................................................................Estao de Tratamento de Esgotos

EUA.............................................................................................Estados Unidos da Amrica

LAA.....................................................................................Laboratrio de anlises de guas

MM......................................................................................................................Massa Molar

MMA........................................................................................Ministrio do Meio Ambiente

NPK..........................................................................................Nitrognio, fsforo e potssio

NTK.............................Nitrognio Total Kjeldahl

pH.....................................................................................................Potencial hidrogeninico

SS.................................................Slidos em Suspenso

SVS..................................Slidos Volteis Suspensos

THM................................................................................................................Trihalometanos

UASB..........Upflow Anaerobic Sludge Blanket Manta de Lodo com Fluxo Ascendente

UnB...................................................................................................Universidade de Braslia

UV.......................................................................................................................Ultra-Violeta

1

1 INTRODUO

1.1 - A GUA, SEUS USOS E O MEIO AMBIENTE

Dentre as substncias mais importantes na vida dos seres humanos, destaca-se a gua,

devido s suas caractersticas peculiares, tais como suas propriedades fsicas e qumicas,

que proporcionaram o desenvolvimento da vida no planeta Terra, tal como ela . Os seres

humanos somos formados basicamente por gua, sendo em mdia 65% da nossa massa.

Os usos principais gua esto relacionados com o abastecimento domstico, abastecimento

industrial, irrigao, dessedentao de animais, aqicultura, preservao da fauna e da flora,

recreao, harmonia paisagstica, gerao de energia eltrica, navegao e diluio de

despejos (von Sperling, 1996). Sendo que os quatro primeiros usos da gua, dessa lista,

implicam em retirada da gua do local onde se encontram, o que pode significar maior

impacto ambiental.

Apesar da sua reconhecida importncia, os recursos hdricos vm sendo utilizados de forma

predatria pelo homem, ao longo do tempo, pelos despejos de diversos tipos de resduos

produzidos nas atividades industriais, domsticas e agrcolas. Problema conhecido

genericamente pelo termo poluio da gua, que entendido como a adio de

substncias ou de formas de energia que, direta ou indiretamente, alterem a natureza do

corpo dgua de uma maneira tal que prejudique os legtimos usos que dela so feitos (von

Sperling, 1998).

Uma das formas mais antigas de poluio dos corpos dgua por meio da descarga e

diluio de guas residurias municipais. A diluio e o lanamento no solo so

provavelmente os primeiros mtodos de disposio de guas residurias domiciliares

(Metcalf & Eddy, 1991). Com o aumento da produo industrial e o desenvolvimento

urbano, a disposio dos efluentes e seus efeitos sobre o meio ambiente comearam a

requerer ateno especial, devido aos males causados aos prprios seres humanos, tais

como o aumento de doenas infecto-contagiosas, transmitidos pela via hdrica.

2

1.2 TRATAMENTO DE GUAS RESIDURIAS

Atualmente, os processos biolgicos so os mais utilizados no tratamento de guas

residurias domiciliares, por meio de ETEs (Estaes de Tratamento de Esgoto), com o

objetivo maior de remoo de matria orgnica e nutrientes. Os processos biolgicos atuam

por intermdio de mecanismos bioqumicos anaerbios e aerbios de degradao,

seqenciados por processos fsicos simples, como a sedimentao, de que decorrem

algumas vantagens em termo de custos, operacionalizao e estabilizao da matria

orgnica presente.

Devido s vrias questes que envolvem a construo e a operao de estaes de

tratamento de esgotos para sistemas de grande porte, assim como os problemas ambientais,

econmicos e energticos, nas ltimas dcadas tm aumentado o interesse no

desenvolvimento de pequenas plantas de tratamento de guas residurias, como alternativas

aos processos antigos (Metcalf & Eddy, 1991).

Dentre estes novos sistemas de tratamento, esto os chamados processos de oxidao

avanados: Fenton, UV (ultra-violeta), fotoqumico, ozonizao e eletroqumico, que

apresentam como caractersticas comuns a capacidade de produzir radicais altamente

reativos (-OH), capazes de mineralizar os poluentes presentes, at mesmo aqueles

recalcitrantes, no possveis de serem degradados por meios biolgicos (Andreozzi et al.,

1999).

Conforme Andreozzi et al. (1999), os vrios mtodos aplicados nos processos de oxidao

avanados so mais recomendados para atuar em guas residurias que contenham valores

de Demanda Qumica de Oxignio (DQO) menor do que 5,0 mg/L O2, devido ao alto

consumo de reagentes de alto custo. Os mtodos eletroqumicos so exceo regra

anterior, pois o nico produto adicionado, , s vezes, o cloreto de sdio, dissolvido como

sal de cozinha, ou, na mistura da gua residuria com gua do mar.

3

1.3 ELETROQUMICA A SERVIO DO MEIO AMBIENTE

Os processos eletroqumicos so bastante utilizados para tratamento de guas residurias

dos mais diferentes tipos e concentraes, tais como chorume (Chiang et al. 1995),

efluentes de refinarias de petrleo (Alegre e Delgadillo, 1993), de indstria txtil (Kim et

al., 2002), benzoquinona (Pulgarin, 1993), cidos hmicos (Pinhedo, 1999), e tambm

esgotos domiciliares (Vlyssides et al. 2002) e (Poon e Brueckner, 1975).

De acordo com Kim et al. (2002), as vantagens apresentadas pelos processos

eletroqumicos so: facilidade de controle e operao; serem dotados de reatores

compactos; no requerem adio de substncias qumicas caras e txicas; no levar

produo de resduos txicos; ter como agente oxidante o cloro residual, alm dos radicais

OH; ser capaz de produzir altas eficincias de remoo; e ter sua eficincia independente

da temperatura do efluente. Tambm pode ser afirmado que o tempo de deteno do

tratamento eletroqumico bastante inferior, em relao a vrios outros tipos de tratamento

biolgico, que variam desde algumas horas, at vrios dias, conforme o processo utilizado,

lodos ativados, decantadores, filtros, digestores ou lagoas de estabilizao. Nos mtodos

eletroqumicos, o principal reagente utilizado o eltron, que um reagente limpo (Jttner

et al., 2000).

Contrariamente, a todas as vantagens apresentadas, fato incontestvel, segundo Wiendl

(1998), que em qualquer lugar, os sistemas eletrolticos de tratamento acabem sendo

desativados ou abandonados, aps certo tempo de operao. No Brasil, o perodo de

funcionamento tem coincidido com o desgaste total dos eletrodos.

Referindo-se especificamente ao tratamento eletroltico de esgotos sanitrios brutos,

Wiendl (1998) mostrou as seguintes desvantagens, que normalmente foram citadas para

justificar os abandonos: (1) o elevado consumo de energia; (2) a possibilidade de serem

produzidas substncias txicas, como os trihalometanos (THM); (3) o alto custo de

implantao; e (4) o alto custo de manuteno.

Quanto ao alto consumo de energia, Poon e Brueckner (1975) citam, em seu trabalho com o

tratamento eletroltico de esgotos domsticos, que foram consumidos em kWh/m3 valores

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pouco superiores ao gasto em uma ETE com tratamento secundrio, no mesmo local. A

diferena entre os mtodos, conforme Poon e Brueckner (1975), menor do que a

necessria para produzir o cloro residual, que oxida os poluentes, assim como a energia

gasta para remoo de fsforo, com a implantao de uma nova etapa de tratamento.

Valores semelhantes, da ordem de 1,25 kWh/m3 foram obtidos nesse trabalho, quando

aplicados os menores valores de corrente eltrica, (5 A), com alta eficincia de remoo de

Coliformes Totais e fsforo, quando utilizados os eletrodos reativos de ferro ou de

alumnio, assim como remoo de cor e turbidez, quando do uso do eletrodo de alumnio.

Sendo produzido cloro residual, livre e combinado, quando da utilizao de eletrodos

adequados, existe a possibilidade de serem produzidos THMs. Entretanto, na maior parte

dos sistemas de tratamento utilizados no pas, e no mundo, o cloro gasoso ou o hipoclorito

so adicionados gua de abastecimento residencial e aos esgotos sanitrios tratados. Deve

ser levado em considerao, tambm, que a clorao resolve outros problemas, como as

doenas relacionadas com o consumo de guas no tratadas, sendo as mais comuns: febre

tifide, disenteria, clera, diarria, hepatite, leptospirose e giardase.

Os processos eletroqumicos tambm tm sido usados, em conjunto com outros mtodos, de

acordo com as caractersticas de cada efluente e do sistema de interesse. Alguns destes

casos so: combinao de processo de biofilme fluidizado, com coagulao qumica e

oxidao eletroqumica, para tratamento de efluente de indstria txtil (Kim et al. 2002);

gerao eletroqumica de reagente Fenton, para tratamento de efluentes contendo naftaleno

e antroquinona (Panizza e Cerisola, 2001); e utilizao de microfiltrao aps processo de

eletrocoagulao, no tratamento de esgotos domsticos (Pouet et al. 1992).

1.4 MOTIVAO DA PESQUISA

A motivao para a aplicao de tratamento eletroltico a efluentes tratados de ETEs do DF,

advm da necessidade de serem encontradas solues para a melhoria na qualidade final

dos efluentes produzidos nesta regio, adequando-os as exigncias ambientais. O uso desses

efluentes, quando tratado eletroliticamente, pode ser justificado pela preocupao com a

reduzida quantidade de gua disponvel no DF, em relao necessidade crescente da

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populao. Tambm importante saber que, os efluentes destas ETEs tm em sua maior

parte, como destino final, alguns lagos, sendo o principal o Parano, que leva necessidade

de tratamentos mais avanados, devido problemas como a eutrofizao, pela presena de

altos nveis dos nutrientes nitrognio e fsforo nos efluentes domsticos.

Tambm importante estudar a possibilidade da aplicao desse tipo de tratamento de

esgotos domsticos produzidos em pequenas comunidades, como os condomnios

horizontais, que provavelmente tero que tratar seus esgotos no lugar de origem. Nesse

contexto, a utilizao de tratamento eletroltico, em escala real, poder ser uma opo na

busca pelo aumento da oferta de gua, direta ou indiretamente, atuando pela melhoria da

qualidade dos efluentes lanados no meio ambiente, e, conseqentemente, pela melhor

qualidade da gua nos mananciais existentes, e tambm na melhoria da qualidade de vida.

Tambm pode ser utilizado como tratamento reserva, aplicado, por exemplo para regies

tursticas, onde h flutuaes na populao durante certos perodos do ano.

Foi analisada neste trabalho a capacidade do tratamento eletroltico servir como ps-

tratamento para efluentes tratados biologicamente, efluentes dos decantadores primrio e

secundrio, do tratamento tercirio, e efluentes de reator UASB (Upflow Anaerobic Sludge

Blanket), conhecido como Reator Anaerbio de Manta de Lodo. A escolha deste ltimo

est relacionada com a eficcia reconhecida deste sistema de tratamento, e pelo seu uso em

algumas ETEs do DF.

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2 OBJETIVOS

A presente pesquisa teve como objetivo geral a anlise dos mecanismos de funcionamento e

da eficincia de um reator eletroltico, em escala de bancada, ao tratar efluentes de estaes

de tratamento de esgotos sanitrios, de vrios nveis e tipos.

Os seguintes objetivos especficos foram buscados:

(1) Contribuir para o entendimento do processo eletroltico, em relao variao do

material do eletrodo, do tipo de efluente a ser tratado, e da salinidade e da densidade de

corrente a serem empregados; e

(2) - Analisar os fenmenos e mecanismos atuantes quando se variam as condies do

tratamento eletroltico, com o propsito ltimo de propor a concepo otimizada do

processo eletroltico, em relao ao consumo de energia e remoo de poluentes, ao tratar

cada um dos efluentes produzidos pelos tipos e nveis de tratamento biolgico

considerados.

O propsito deste trabalho proporcionar, com o conhecimento obtido, no futuro, as

condies para a construo de reator eletroltico em escala real, com funcionamento

contnuo, e que possa ser instalado em uma ETE. Este sistema poder ter o reator

eletroltico situado em um ponto do processo de tratamento biolgico, compondo um

acoplamento entre processos que possa produzir alguma vantagem significativa.

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3 FUNDAMENTAO TERICA

A eletroqumica abrange todos os processos qumicos relacionados com a produo de

corrente eltrica e vice-versa, se constituindo, portanto, no estudo das pilhas e da eletrlise,

respectivamente. Quando os processos forem espontneos, chamados de galvnicos ou

voltaicos, as reaes qumicas so as fontes de produo dos eltrons no meio. Quando os

processos forem no espontneos, chamados de processos eletrolticos ou eletrlise,

necessitam de uma fonte externa de energia eltrica para ocorrerem. Nos dois casos, h

variao nos nmeros de oxidao de alguns dos elementos qumicos envolvidos,

aumentando no caso de oxidao e diminuindo no caso de reduo, configurando a reao

de oxi-reduo.

3.1 TEORIA ELETROQUMICA

Quando passada uma corrente eltrica direta por uma soluo, pode acontecer uma

variedade de processos fsicos e qumicos, como flotao, sedimentao, deposio,

decomposio, formao de gases, dentre outros. Muito da eletroqumica depende dos

processos que ocorrem na interface dos eletrodos e da soluo inica, pois so o contato e o

caminho, respectivamente, para o fluxo dos eltrons, que a pea fundamental neste

processo (Atkins, 1990). A velocidade de descarga dos ons nos eletrodos chamada de

densidade de corrente (dc), sendo medida pela corrente eltrica por unidade de rea (o fluxo

de carga), e calculada da seguinte forma:

dc = i / AT (3.1)

em que:

i = corrente eltrica (ampres)

AT = rea total dos eletrodos (m2)

Para induzir o fluxo de corrente atravs de uma clula eletroltica e produzir um processo

reativo no-espontneo, dever ser aplicada na clula uma diferena de potencial, que

dever exceder ao potencial de corrente zero por um valor chamado de sobrepotencial da

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clula. Este potencial de corrente zero ser o valor necessrio para anular qualquer processo

eletroqumico espontneo que possa ocorrer no meio (Atkins, 1990).

A realizao destas reaes eletroqumicas requer um sistema em forma de circuito

eletroqumico, cujos elementos fundamentais so os eletrodos, normalmente metlicos, e os

eletrlitos (ons em soluo). Na Figura 3.1 est apresentada a eletrlise do cloreto de sdio

fundido, com formao do gs cloro e do sdio metlico lquido.

Figura 3.1 Eletrlise do cloreto de sdio fundido (Brown et al. 1997, modificada)

Como o processo mostrado na Figura 3.1 no espontneo, necessrio o uso de uma fonte

de alimentao para fornecer energia eltrica ao sistema. Na Figura 3.1, a cuba eletroltica

composta dos eletrodos (catodo e o anodo), e da soluo eletroltica, que o sal NaCl

fundido em temperaturas superiores a 600o C, no conhecido processo de Downs, onde h

adio de CaCl2, para baixar a temperatura de fuso NaCl, que de 804o C.

(http://nobel.scas.bcit.ca/resource/glossary/d-h.htm#down em 21/08/04).

As meias-reaes que ocorrem nos eletrodos, conforme a Figura 3.1, mostram a oxidao

do on cloreto no anodo e a reduo do on sdio no catodo. A reao (3.2) a soma das

meias-reaes e define um processo muito utilizado para a produo industrial de gs cloro

e de sdio metlico puro.

2Cl-(l) + 2Na+(l) Cl2(g) + 2Na(l) (3.2)

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Nos processos eletrolticos, o valor do potencial de corrente mnimo necessrio, aplicado ao

sistema, dever estar de acordo com os potenciais de reduo/oxidao das espcies

qumicas que existam na soluo. O eletrodo que aceita eltrons o catodo, produzindo a

reduo, enquanto que o eletrodo que cede eltrons o anodo, produzindo a oxidao. Os

eltrons sempre caminharo do anodo para o catodo, seja o processo espontneo ou no.

Existem dois tipos de eletrodos que podem participar dos processos eletroqumicos, os

inertes e os reativos. Os eletrodos reativos participam do processo sofrendo desgaste, por

oxidao ou reduo, sendo os mais simples os formados por alguns metais tais como ferro,

alumnio ou cobre, que podem contribuir formao de ons metlicos na soluo. Os

eletrodos inertes no sofrem desgaste pela passagem da corrente eltrica, sendo formados

por materiais como titnio, platina, grafite, xido de rutnio, dentre outros. O uso de

alumnio ou de ferro como um anodo de sacrifcio uma alternativa para processos onde

atuaro como coagulantes no efluente a ser tratado, pela liberao de ons de alumnio e de

ferro. No catodo, nem sempre ocorrer deposio, poder ocorrer a formao de ons com

nmero de oxidao menor, como no caso do ferro, passando os ons de ferro III a ferro II.

Para que ocorra a passagem de eltrons de um eletrodo para o outro necessrio que

existam eletrlitos (ons) dentro da clula eletroqumica. Os diferentes tipos de ons,

quando em soluo, caminham para locais opostos, os ctions caminham preferencialmente

para os plos negativos, os catodos, enquanto os nions caminham preferencialmente para

os anodos, os plos positivos. O modelo mais simples que representa a interface entre ons

e eletrodo o da dupla camada eltrica, que consiste de uma pelcula de carga positiva na

superfcie do eletrodo e uma pelcula de cargas negativas prximas na soluo (ou vice-

versa), representado na Figura 3.2.

Os processos eletroqumicos devem obedecer s duas Leis de Faraday:

1- A quantidade de substncia que reage, devido ao desgaste do eletrodo ou deposio no

mesmo, ao passar uma corrente contnua, proporcional intensidade da corrente e a

durao da eletrlise.

2- Se a corrente eltrica que passa atravs do eletrodo for contnua, a massa da substncia

que reage ser proporcional ao equivalente qumico da substncia, que relaciona sua massa

com a capacidade de transferncia de eltrons num determinado processo.

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Figura 3.2 - Modelo simples de dupla camada eltrica (Atkins, 2001)

Algumas reaes qumicas significativas, na eletrlise em meio aquoso, so:

2H2O + 2 e- H2(g) + 2OH-(aq) (3.3)

4OH-(aq) O2(g) + 2H2O + 4e- (3.4)

2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e- (3.5)

A reao global da eletrlise da gua ser a soma das reaes (3.3) e (3.4), de forma a

eliminar no produto (reao 3.6) a presena de eltrons nos reagentes ou nos produtos:

H2O H2(g) + O2 (3.6)

A reao global (3.7), se refere formao do cloro na presena de gua, a partir da soma

das reaes (3.3) e (3.5):

2Cl-(aq) + 2H2O H2(g) + Cl2(g) + 2OH-(aq) (3.7)

Conforme Kim et al. (2002), algumas das reaes relacionadas com os processos

eletroqumicos de oxidao, devido a presena do gs cloro dissolvido em soluo so:

Cl2 + H2O HClO(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) (3.8)

HClO H+ + ClO- (3.9)

6HClO + 3H2O 2ClO3- + 4Cl- + 12H+ + 3O2 + 6e- (3.10)

ClO- + H2O + 2e- Cl- + 2OH- (3.11)

Poluente + HClO Produto + Cl- (3.12)

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Desta forma, produz-se o cloro residual livre, de acordo com a reao (3.8), que pode atuar

na oxidao dos poluentes presentes, conforme a reao (3.12), e na desinfeco do meio.

Quando tratados eletroquimicamente, efluentes que contenham amnia, como o caso dos

esgotos domsticos, formam o cloro residual combinado, que so as cloroaminas (mono-,

di- e tri-), por meio das respectivas reaes:

HClO + NH3 NH2Cl + H2O (3.13)

HClO + NH2Cl NHCl2 + H2O (3.14)

HClO + NHCl2 NHCl3 + H2O (3.15)

Os gases produzidos pela eletrlise, como hidrognio e o oxignio, enquanto se elevam, so

adsorvidos pelos flocos de hidrxidos, arrastando-os at a superfcie do lquido. Promove-

se assim, o processo de eletroflotao, levando tambm outras impurezas do meio. Como

resultado, ocorre um aumento de pH, devido formao de hidroxila. O on hipoclorito

pode ser formado atravs da reao secundria:

2OH-(aq) + Cl2(g) Cl-(aq) + ClO-(aq) + H2O (3.16)

Os processos de desgaste de eletrodos reativos podem ser exemplificados pela

decomposio do alumnio metlico, com a formao de ctions e nions, conforme as

reaes a seguir, que exemplificam o comportamento do alumnio nos meios cidos e

bsicos, respectivamente:

2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g) (3.17)

2Al(s) + 6H2O(l) + 2OH-(aq) 2Al(OH) 4-(aq) + 3H2(g) (3.18)

Os processos eletrolticos em geral so bastante utilizados industrialmente, e dentre as

principais aplicaes esto as seguintes (Bro