PROCESSO DE DEGRADAÇÃO FOTOCATALÍTICO (POA) E BIOLÓGICO

4.2.1. Degradação do Efluente por Fotocatálise Heterogênea

Para a degradação da vinhaça foi utilizado como pré-tratamento a fotocatálise heterogênea com dióxido de titânio fixado sobre uma placa metálica, na presença de radiação solar. Esta etapa teve como finalidade garantir uma melhor biodegradabilidade ao tratamento biológico, de forma que as características finais do efluente, após a biodegradação, estivessem em acordo com o artigo 18 do Decreto Estadual n.° 8468/76 (Artigo 18 da CETESB), referente à legislação de despejo.

No processo de fotocatálise utilizou-se um reator solar de leito fixo, fundamentado em um processo por batelada e escala de bancada, contendo um sistema contínuo e descendente de percolação do efluente sobre o leito catalítico. Durante o período da reação fotocatalítica, forammantidos constantes o volume (3 L), por adição contínua de água (minimizando a perda por evaporação) e a vazão (2 L min-1) do efluente. Este sistema (Figura 5) é constituído basicamente por um reservatório de vidro (28 x 20,5 x 26 cm), uma bomba centrífuga (BOMAX, Modelo NH–30PX–T) e uma placa metálica revestida com TiO2 (25 cm de largura

e 75 cm de comprimento). A caracterização física do filme foi realizada por microscopia de varredura no Departamento de Engenharia de Materiais (LOM) da EEL – USP.

Figura 5 - Reator solar com placa metálica revestida com TiO2, detalhando o reservatório de vidro e a bomba

centrífuga.

A tinta com elevada concentração de TiO2 anatase, presente na placa metálica, foi

formulada e aplicada pela DuPont do Brasil S.A, unidade de Guarulhos – SP. A Tabela 5 apresentada a seguir contempla a constituição do esmalte antes da preparação para pintura.

Tabela 5 - Formulação do esmalte antes da preparação para pintura (FERNANDES, 2005). Parte A - Base de Moagem

Matéria-Prima Função Fórmula (% m/m)

Solução de resina acrílica 55 % de

sólidos Umectação do pigmento e formador de filme 28,38

Bentonita Agente reológico anti-sedimentante 0,54

Solução de sal poliamida insaturada - poliéster de baixo peso molecular

Ativador polar da bentonita 0,27

Dispersante polimérico para o Dióxido de Titânio

Reduzir tensão interfacial pigmento/resina melhorando a umectação e facilitando a dispersão

do pigmento

0,95

Dióxido de Titânio Pigmento, cor e cobertura (opacidade) 22,97

Anti-oxidante Anti-oxidante 0,54

Solvesso 100 Ajuste de viscosidade e balanço evaporação 4,05

Xileno Ajuste de viscosidade e balanço evaporação 1,35

Solução de resina acrílica 55 % de

sólidos Umectação do pigmento e formador de filme 2,70

Subtotal 61,75

Moeu-se a mistura acima em Moinho Vertical 6 passes Após Moagem, Adicionou-se a Parte B

Parte B – Completagem

Solução de copolímero poliéster Prover flexibilidade ao filme 2,70

Aditivo controlador de escorrimento ou reológico

Evitar escorrimento 10,81

Resina Poliuretânica Prover resistência ao impacto 2,70

Solução de silicone 10 % em xileno Quebra a tensão superficial da tinta, provendo

alastramento

0,81

Querosene Solvente com evaporação lenta para manter a

pulverização adequada

1,35

Amina Bloqueada Absorverdor de UV 4,25

Solvesso 100 ajuste de viscosidade e balanço evaporação 9,46

Xileno ajuste de viscosidade e balanço evaporação 6,16

Total 100,00

Da tinta acima foi selecionada uma fração e preparada para pintura pela adição de ativador isocianato em proporções específicas. Em seguida, esta mistura foi diluída para uma viscosidade de 24 segundos de escorrimento, em viscosímetro Ford 4 (4 mm de orifício) a uma temperatura de 25 °C, adicionando finalmente um solvente de diluição composto por uma mistura de ésteres e aromáticos. Após aplicação, as placas foram levadas à estufa a 140 °C por 30 minutos.

Uma estrutura de madeira foi confeccionada para adaptação e suporte da placa metálica, possibilitando que o conjunto ficasse direcionado em sentido ao Equador com um ângulo de inclinação de 23°, como apresentado na Figura 6. O efluente foi bombeado até a parte superior da placa, percorrendo-a em uma camada laminar uniforme enquanto recebia a radiação solar(NOGUEIRA; JARDIM, 1998).

Figura 6 - Esquema do reator solar com TiO2 como fotocatalisador.

Para o controle da taxa de evaporação, fenômeno intrínseco deste tipo do reator em sistema aberto, foi necessário uma adequação ao reservatório do efluente (Figura 7). Em função de sua conexão (tubo em U) e após entrada do processo em regime, tornou-se possível o controle e ajuste do volume de efluente (adição de água, se necessário) durante todo o período de reação. Em alguns experimentos foi colocado um sistema similar em paralelo, utilizando-se uma placa metálica sem a superfície catalítica, para acompanhamento do teste em branco e da percentagem evaporada. O controle e ajuste do parâmetro pH durante os experimentos foi realizado por um pHmetro, adaptado ao reservatório, e medida da

temperatura por um termômetro infravermelho digital da INCOTERM® modelo MULT TEMP.

Figura 7 - Reservatório do efluente no reator fotocatalítico adaptado com tubo em U.

As caracterizações do filme catalítico sobre a placa metálica (morfologia, homogeneidade e espessura) e a estrutura do TiO2 foram realizadas por microscopia de

varredura e técnica de difração de raio X (DRX), respectivamente. Os valores de irradiação solar que chegaram à região no período da reação foram obtidos através da utilização de um radiômetro modelo ILT 1400-A da International Light.

4.2.2. Degradação do Efluente por Tratamento Biológico

Com relação ao tratamento biológico, após a adequação do pH do meio e da concentração do lodo à cultura digestora, realizou-se um planejamento fatorial completo (22) para o tratamento da amostra que obteve o melhor resultado quanto à redução de NPOC posteriormente ao tratamento fotoquímico. O melhor experimento do planejamento do

processo oxidativo avançado foi repetido para que houvesse amostra suficiente para dar prosseguimento ao tratamento da vinhaça.

O tempo adotado para o tratamento biológico foi de 8 horas. A eficiência do processo também foi avaliada em termos de redução (%) de NPOC. Para o melhor ensaio, foram feitas análises de demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), teor de sólidos (ST, STF e STV),

elementos metálicos, fenol e nitrogênio (Amoniacal e Orgânico).

O processo de tratamento biológico com lodo ativado (Figura 8) foi conduzido em recipientes com capacidade de 0,75 L, contendo um difusor de ar (Qar = 0,75 L min-1).

Figura 8 – Sistema aerado utilizado no tratamento biológico.