5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.2 TRATAMENTO DE ADSORÇÃO
5.3.3 Análises Cromatográficas
Os resultados apresentados na Tabela 5.4 mostram a eficiência de remoção de BTX obtidos por meio das análises de cromatografia gasosa CG/FID-PID após os tratamentos de adsorção aplicando 1g de perlita expandida, eletro-oxidação com densidade de corrente aplicada de 20 mA cm-2 e tratamento sequencial unindo os dois processos citados, utilizando a eletro-oxidação como um pré-tratamento. Foi necessário inicialmente uma diluição da amostra em 100x devido a alta concentração dos analitos de interesse.
Como pode ser observado, o efluente após o tratamento eletro-oxidativo mostrou alta eficiência de remoção dos compostos BTX, chegando a obter percentuais superiores a 90%. Como esperado, o tratamento sequencial (Eletro-oxidação – Adsorção) mostrou resultados satisfatórios com remoções de 98,29 e 99,87% para benzeno e tolueno respectivamente, já o percentual de xileno removido não foi revelado devido a concentração apresentar valor inferior ao limite de detecção do método utilizado para a análise. O tratamento de Adsorção mostrou uma eficiência de remoção inferior aos demais com percentuais de remoção variando de 30 a 59,73%, sugerindo que a técnica não fora tão eficiente na remoção dos compostos BTX quanto às demais citadas.
Tabela 5.5. Eficiência de remoção de BTX nos tratamentos de adsorção e eletro-oxidação realizados
separadamente e tratamento sequencial por meio das análises de CG/FID-PID.
LD: Limite de Detecção LQ: Limite de Quantificação Composto LD (mg/mL) LQ (mg/mL) EO (20 mA cm-2) (%) Adsorção 1g (%) Sequencial (EO-ADS) (%) Benzeno 0,33 1,0 98,40% 33,77% 98,29% Tolueno 0,33 1,0 98,42% 42,47% 99,87% Xileno 0,33 1,0 97,73% 59,73% <LD
Os resultados mostraram eficiências de remoção satisfatórias dos compostos BTX durante os tratamentos, entretanto o processo de diluição das amostras pode ter contribuído para a volatilização dos compostos diminuindo ainda mais suas concentrações.
O perfil cromatográfico da Figura 5.19 identifica a presença de 5 picos referentes aos compostos: benzeno, tolueno, etilbenzeno, xileno e o-xileno, respectivamente, na amostra inicial do efluente sintético, além de pequenos picos que podem ser atribuídos a presença de contaminação na amostra. A presença do etilbenzeno na amostra inicial pode ser explicada por uma contaminação nos reagentes de trabalho, ou durante o próprio processo de análise na coluna cromatográfica em contato com outras amostras. No perfil cromatográfico da Figura 5.20 é possível observar a formação de novos picos que correspondem a compostos intermediários, decorrentes da degradação dos contaminantes anteriormente citados durante o tratamento sequencial.
Figura 5.19. Perfil cromatográfico dos contaminantes BTX na amostra inicial.
5.3.4. Avaliação do Consumo Energético e Custo Operacional
A Tabela 5.5 mostra as estimativas do consumo energético para a remoção da matéria orgânica durante o processo de eletro-oxidação no tratamento sequencial. Como pode ser visto, houve uma pequena diferença entre os valores do consumo energético obtidos entre as duas formas de tratamento aplicadas, sendo de 51,81 Kwh/m3 para o processo utilizando a eletro-oxidação como pré-tratamento, e de 54,7 Kwh/m3 ao utilizar a eletro-oxidação como pós-tratamento. As despesas do processo eletroquímico também foram comparadas na Tabela 5.5, levando em consideração o custo de energia elétrica em cerca de R$ 0,3 (R$ = moeda brasileira (reais), impostos excluídos) por kWh (Agência Nacional de Energia, Brasil). Os resultados mostram que assim como o consumo energético, a diferença entre os custos foi bem pequena.
Tabela 5.6. Consumo energético por volume de efluente tratado durante a oxidação do BTX no tratamento
Sequencial (Eletro-oxidação – Adsorção; Adsorção – Eletro-oxidação).
O consumo energético obtido durante a oxidação no tratamento sequencial fez com que este tenha proeminentes vantagens na remediação de efluentes quando comparado ao tratamento eletro-oxidativo realizado separadamente, o que é mostrado através da Figura 5.19. Percebe-se que o fato do tratamento sequencial utilizar duas tecnologias faz com que o tempo total do tratamento que antes fora de 180 minutos para um único processo, passe a ser de 90 minutos para cada tecnologia de remediação aplicada, promovendo menores consumos de energia e consequentemente menores custos quando comparado à eletro-oxidação realizada individualmente. A perlita expandida, utilizada na adsorção, tem o custo menor que 13 reais
Tratamento Sequencial % Remoção DQO Consumo
Energético (Kwh/m3) Custo (R$ m-3) Eletro-oxidação - Adsorção 83,69% 51,81 15,54 Adsorção – Eletro-oxidação 87,26% 54,57 16,37
por quilo no Brasil, sendo um adsorvente viável para a remediação de efluentes. Logo, o tratamento sequencial não só favoreceu a maximização da eficiência de remoção dos compostos BTX, como promoveu a minimização dos custos operacionais.
Figura 5.21. Comparação do consumo energético entre os tratamentos de Eletro-oxidação (J= 20 mA cm-2) e sequenciais (Eletro-oxidação – Adsorção; Adsorção – Eletro-oxidação) com massa de perlita =1g e J= 20 mA cm-2. Condições operacionais: eletrólito= Na2SO4 0,1M; [BTX]0= 50 mg/L cada composto; temperatura= 25 ºC.
CAPÍTULO 6:
CONCLUSÃO
6. CONCLUSÃO
Através do estudo da eletro-oxidação e da adsorção realizados separadamente e sequencialmente visando uma maior eficiência na degradação do BTX, foi possível chegar as seguintes conclusões:
O tratamento eletro-oxidativo se mostrou capaz de degradar os compostos BTX no efluente sintético em razão das propriedades eletrocatalíticas do ânodo de Ti/PbO2, que por ser um ânodo “não ativo”, a oxidação eletroquímica ocorreu através de radicais hidroxilas ligadas fracamente ao eletrodo, levando a formação de intermediários, os quais foram sendo eliminados no decorrer da eletrólise. Em se tratando das condições experimentais avaliadas, a densidade de corrente aplicada e a temperatura se mostraram proporcional à remoção de DQO, isto é, ao utilizar maiores densidades de corrente aplicada e maiores temperaturas, houve um acréscimo no percentual de remoção, chegando a obter percentuais superiores a 70%. Entretanto, ao utilizar maiores densidades de corrente um maior consumo energético foi encontrado.
No processo de adsorção, o aumento da temperatura não se mostrou um fator determinante para a remoção da matéria orgânica, enquanto que o aumento na quantidade de material adsorvente levou a um acréscimo no percentual de remoção, chegando a obter 66,30% utilizando 2g de adsorvente. Essa característica pode ser atribuída ao fato de que um aumento na massa do adsorvente aumenta a relação massa do adsorvente/volume da solução, m(g)/V(L), e em consequência, há um aumento dos sítios ativos do material. A caracterização da perlita expandida pura e perlita adsorvida com BTX através das técnicas termoanalíticas (TG/TGD), e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), sugerem que o material adsorvente passou por um processo de adsorção físico ou químico em sua superfície.
O estudo do efeito da temperatura demonstrou bons resultados em relação aos dados obtidos na remoção da DQO durante os tratamentos, porém a utilização de maiores temperaturas como 60 ºC proporciona a volatilização dos compostos BTX, o que dificulta muitas vezes caracterizar a eficiência da técnica utilizada, além disso, o emprego da temperatura também irá gerar um aumento no consumo energético no que se refere ao aquecimento do efluente.
As condições operacionais selecionadas de ambos os tratamentos (Eletro-oxidação: J= 20 mA cm-2 – Adsorção: 1g de perlita) a 25 ºC, levaram em consideração a eficiência de remoção da matéria orgânica e o baixo consumo energético e custos operacionais, logo, o
tratamento sequencial se mostrou eficiente e satisfatório chegando a obter remoções superiores a 80%. O emprego da adsorção como um pré-tratamento possibilitou uma menor produção de intermediários quando o tratamento eletro-oxidativo foi posteriormente empregado, indicando que a remoção dos poluentes tenha acontecido por uma fisissorção ou quimissorção na superfície da perlia expandida, em consequência uma maior remoção da matéria orgânica foi obtida. A quantificação do BTX através das análises de cromatografia gasosa ao término dos tratamentos também confirmou a eficiência da remoção dos compostos orgânicos mostrando percentuais de remoção de BTX superiores a 90%.
Conclui-se que o tratamento sequencial faz com que o tempo para cada processo seja reduzido, promovendo menores consumos de energia durante a eletro-oxidação e consequentemente menores custos operacionais. A perlita expandida, por sua vez, se mostrou um adsorvente viável para a remediação de efluentes por apresentar o custo menor que 13 reais por quilo no Brasil. Logo, o tratamento sequencial não só favoreceu a maximização da eficiência de remoção dos compostos BTX, como promoveu a minimização dos custos operacionais, outorgando proeminentes vantagens no tratamento de efluentes contendo poluentes orgânicos.
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