O processo eletrolítico empregado foi baseado na geração de campo elétrico e magnético uniformemente variado. Por meio de uma fonte de tensão elétrica externa, elétrons foram emitidos por corrente alternada, variando de 0 a 6000 cm-1, aos eletrodos metálicos (inertes) submersos no efluente, diferenciando-se assim da eletrólise convencional.
Durante a pesquisa foram desenvolvidos dois reatores de EFCA objetivando avaliar a separação da biomassa algal e o rompimento celular. O reator R1 possuía 2,9 L de volume em formato de paralelepípedo e construído em acrílico (R1), para otimização dos dispositivos de entrada e saída do sistema com vistas à separação da biomassa algal. Adicionalmente, era possível uma boa visualização da hidrodinâmica do processo de geração de microbolhas. Os ensaios foram conduzidos em batelada. O processo eletrolítico foi promovido por corrente alternada, por meio de uma fonte de tensão externa (HY 125 Hobby, Hayama), sendo aplicada tensão de 12 V e intensidade de corrente de 5A, resultando em um reator de 2,7 W.dm3 de potência. O reator R1 possuía um conjunto de eletrodos composto de cátodos e ânodos feitos de dez chapas de aço inox, não consumíveis no processo eletrolítico. Cada chapa media 15x5 cm e espessura de 0,2 mm, devidamente espaçadas por 5 mm.
As saídas localizadas no fundo do reator R1 foram selecionadas como ponto de coleta do efluente pós-eletroflotação, devido a experimentos feitos previamente. Foi projetada também uma rampa para a retirada do material flotado com o intuito de otimizar a coleta da biomassa algal. A Figura 11 mostra o reator R1 utilizado inicialmente na pesquisa.
Figura 11 - Reator de eletroflotação por corrente alternada (EFCA) R1
Fonte: O AUTOR (2013)
Para aumentar a escala da tecnologia de eletroflotação foi construído o reator R2, em formato cilíndrico e com um volume de 40 L (Figura 12). O sistema continha três conjuntos de eletrodos com as mesmas características do reator R1, três saídas para coleta do efluente. A primeira saída estava localizada no fundo do reator, a segunda a meia altura do reator e a terceira a 3 cm acima do fundo. Foi projetada ainda uma tubulação de saída para o material flotado, localizada no centro do reator, porém os experimentos mostraram que a retirada pelo topo
possuía uma viabilidade maior, devido às características do material flotado (Figura 13). Uma representação esquemática do reator está exposta na Figura 14.
Figura 12– Reator de eletroflotação por corrente alternada (EFCA) R2
Figura 13– Vista superior do reator de EFCA R2 e dos três conjuntos de eletrodos posicionados no fundo do reator
Fonte: O AUTOR (2013)
Figura 14– Material algal flotado formado no reator de EFCA R2
Fonte: O AUTOR (2013)
NOTA: Embora o reator tenha sido concebido para proceder a coleta das microalgas flotadas pela saída inferior após cair no tubo central, por razões técnicas o material flotado foi coletado na superfície do reator.
As especificações das células eletrolíticas e as características de cada um dos reatores utilizados estão apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1 - Informações dos reatores de EFCA testados
Especificações R1 R2
Corrente elétrica (por conjunto de
eletrodos) 5 A 5 A
Potência total 60 W 180 W
Quantidade de conjuntos de eletrodos 01 03
Quantidade de eletrodo por conjunto 10 10
Quantidade total de eletrodos: 10 30
Área total para os 10 eletrodos 750 cm2 2.250 cm2
Densidade de corrente 6,67 mA/cm2 6,67 mA/cm2
Volume 3 L 40 L
Faixa de energia emitida
0 - 0,206 KHz; 0 – 1,56 KHz; 0 – 1,78 KHz; 0 – 30 KHz; 0 – 50 KHz 0 – 1,56 KHz Fonte: O AUTOR (2013)
4.5 Efeito da adição de coagulantes orgânicos naturais e sintéticos na separação de biomassa algal em sistema de Eletroflotação por corrente alternada (EFCA)
A eletroflotação por corrente alternada foi testada com e sem o uso de coagulantes com o uso do reator R1. Os agentes de coagulação testados foram os mesmos dos ensaios de jarro descritos no item 4.3 quais sejam: Tanfloc SG, Tanfloc SL, cloreto férrico e sulfato de alumínio. Inicialmente todos os coagulantes foram testados na mesma concentração, 100 mg.L- 1, e após uma breve agitação eram iniciadas as bateladas experimentais.
O efluente foi então avaliado em termos de turbidez em turbidímetro portátil (HACH 2100 P) depois dos tempos de operação 4, 8, 15, 20, 25 e 30 minutos. Como forma de controle dos ensaios, conduziu-se a mesma sequência de experimentos, porém sem o uso de coagulantes.
Posteriormente, com o objetivo de observar o efeito da concentração, testou-se em concentrações de 50 mg.L-1 apenas os coagulantes orgânicos, Tanfloc SL e SG, nos mesmos tempos avaliados anteriormente.
Finalmente, de posse dos resultados anteriores, tornou-se evidente a necessidade de investigação do uso de doses menores de coagulantes na separação da biomassa algal, para que se pudesse observar a curva de eficiência e buscar a dosagem ótima. Logo, fixou-se um tempo
de 20 minutos de batelada e foram realizados testes com os dois coagulantes orgânicos em concentrações de 10, 20, 30, 40 e 50 mg.L-¹.
Após o aumento da escala do EFCA com a construção do reator R2, o mesmo foi inicialmente operado em quatro bateladas, sem o auxílio de coagulantes, distintas pelo tempo de operação, que foram: 40, 70, 120 e 140 minutos. Em um segundo momento, testou-se o coagulante Tanfloc SG na concentração de 50 mg.L-1, nos mesmos tempos de residência, para avaliação dos efeitos do mesmo na separação e na extração dos lipídios. Os parâmetros avaliados foram a turbidez e a concentração de clorofila-a de acordo com o Standard Methods (APHA, 2005)
Finalmente a tecnologia EFCA foi avaliada em termos de remoção de DQO. Para tanto, na ausência de coagulantes foram testados no reator R2 as bateladas de 15, 30, 40, 50, 60, 70, 120 e 140 minutos. A DQO foi também analisada de acordo com Standard Methods (APHA, 2005).
4.6 Elucidação dos mecanismos envolvidos na separação e ruptura celular das microalgas