Processo de eletroflotação

De acordo com Koren e Syversen (1995), o primeiro estudo com eletroflotação foi desenvolvido em 1911 para o tratamento de efluentes urbanos nos Estados Unidos da América. No início, o processo não foi muito utilizado, devido à formação de espumas, que geralmente ocorria, e ainda à redução da eficiência após um determinado tempo de eletrólise, além da necessidade de manutenção do sistema e da substituição dos eletrodos de ferro.

A eletroflotação é comumente usada na indústria de mineral para separação de finas partículas das soluções. Neste processo a água é “dividida” em seus constituintes moleculares pela aplicação de corrente elétrica, sobre alimentação de água, para geração de bolhas de gás, em que bolhas de hidrogênio são produzidas no cátodo e bolhas de oxigênio no ânodo, e posteriormente usadas no tratamento do efluente (Burns et al., 1997).

De acordo com Crespilho e Resende (2004), as bolhas de hidrogênio são formadas no cátodo. Caso o efluente contenha íons cloreto, pode ocorrer a formação de bolhas de gás cloro no ânodo, que na presença de água poderão formar íons hipoclorito. Este fato pode ser considerado como uma grande vantagem do processo de eletroflotação, sendo que os processos para produção de cloro podem ser otimizados para a desinfecção da água ou para eliminação de odores indesejáveis.

Segundo Bande et al. (2008), a eletroflotação é um processo onde ocorre a flotação de poluentes para a superfície de um fluido a partir da produção eletrolítica de pequenas bolhas. As reações eletroquímicas que ocorrem no processo resultam na geração de bolhas de hidrogênio no cátodo e oxigênio no ânodo. Este processo depende da geração eletroquímica de hidrogênio e oxigênio durante a eletrólise da água.

As bolhas de gás são finamente divididas e se aproximam em tamanho com os poluentes em suspensão. O processo pode ser regulado variando “suavemente” a concentração de bolhas de gás, podendo-se extrair simultaneamente diferentes impurezas dispersas na emulsão. A alta taxa de tratamento promove eficiente remoção dos poluentes nos estados coloidais e dispersos, e é muito maior que para os sistemas com flotação, hidrociclones e sedimentadores (II'in e Sedashova, 1999).

As densidades de corrente elétrica usadas nos reatores de eletroflotação são geralmente baixas, entre 0,1 e 10,0 mA cm-2, e os potenciais de célula são inferiores a 10,0 V. Quanto à capacidade, os reatores usados no processo de eletroflotação podem atingir taxas máximas de tratamento em torno de 150 m3 _h-1 _{(Hosny, 1996).}

Tese de Doutorado em Engenharia de Processos - Fevereiro - 2009 José Cleidimário Araújo Leite 152 Óleo removido Efluente tratado Alimentação do efluente Coluna de separação Fonte de tensão A V 33

De acordo com o exposto, o princípio do processo de eletroflotação consiste na geração eletroquímica de bolhas de gás na base de uma coluna de separação de um reator eletroquímico, em que geralmente são geradas bolhas de hidrogênio no cátodo e de oxigênio ou cloro no ânodo, que por sua vez promovem a separação e remoção do contaminante presente no efluente.

O processo de eletroflotação pode ser dividido nas seguintes etapas (Koren e Syversen, 1995):

● geração eletroquímica de bolhas de gás;

● contato entre bolhas e partículas (gotículas) presentes no efluente; ● adsorção da bolha de gás na superfície da gotícula;

● transporte do conjunto para superfície do efluente.

Na Figura 2.5 é apresentado um esquema ilustrativo do processo de eletroflotação em um reator eletroquímico composto por uma coluna de separação, na base da qual se encontra o conjunto de eletrodos alimentados por uma fonte de tensão para aplicação da intensidade de corrente elétrica.

Tese de Doutorado em Engenharia de Processos - Fevereiro - 2009 José Cleidimário Araújo Leite 153

-

-

+

+

Cl2ou O2 H2

Na Figura 2.6 apresenta-se a célula eletroquímica do esquema ilustrativo visto na Figura 2.5 com o detalhe da produção de bolhas de gás nos eletrodos, destacando-se os tipos de gases gerados.

Figura 2.6. Detalhe ilustrativo da célula eletroquímica com geração de bolhas de gás (Desenho: o Autor).

As reações eletroquímicas que ocorrem no processo de eletroflotação resultam na formação dos gases hidrogênio no cátodo e oxigênio no ânodo (Figura 2.6), como apresentado nas Reações 2.6 e 2.7, respectivamente (Ben Mansour et al., 2007).

− − _{→ +} + e H OH O H 4 2 4 4 _{2 2 (2.6)} − + ₊ + →O H e O H 4 4 2 _{2 2 (2.7)}

Quando a solução contém compostos com íons cloretos, como por exemplo, o NaCl, ocorre a produção eletroquímica do gás cloro no ânodo (Figura 2.6), de acordo com a Reação 2.8. − + ₊ + →Cl Na e NaCl 2 2 2 _{2 (2.8)}

As principais reações químicas e eletroquímicas que podem ocorrer no processo de eletroflotação já foram descritas e discutidas no Capítulo I, Item 2.2, deste trabalho, onde se fez uma abordagem referente à produção de bolhas gás hidrogênio e cloro, de acordo com as reações que ocorrem no reator eletroquímico “air lift”, estudado neste trabalho.

Tese de Doutorado em Engenharia de Processos - Fevereiro - 2009 José Cleidimário Araújo Leite 154

Segundo Silva (2008), a eficiência do processo na flotação é influenciada pelo contato entre a bolha e a gotícula, em que esse contato deve ser efetivo, para que elas continuem acopladas até atingirem o topo da coluna de flotação. Este contato é essencialmente controlado por interações hidrodinâmicas entre as bolhas e as gotículas.

Na Figura 2.7 são apresentadas as etapas do processo durante a flotação de bolhas e gotículas em água oleosa, desde a aproximação da gotícula com a bolha até o instante em que elas ficam aderidas.

Figura 2.7. Etapas do processo de flotação de bolhas e gotículas de óleo em água oleosa (Silva (2008), adaptado).

De acordo com Silva (2008), as etapas são descritas da seguinte forma: a - aproximação entre a bolha de gás e a gotícula de óleo;

b - estreitamento do filme de água entre gotícula e bolha;

c - formação da “convinha”, devido à redução da tensão interfacial; d - estreitamento da “covinha” como se fosse drenada;

e - o filme de espessura crítica se rompe e, se as condições de espalhamento estão presentes, o óleo se espalhará envolta da bolha (Figura 2.8);

f - o conjunto formado pela bolha e pela gotícula continuará a subir no fluido. De acordo com Moosai e Drow (2003), apud Silva (2008), se as etapas anteriores não ocorrerem num tempo de aproximação correto, a bolha e a gotícula não se aderirão e se afastarão uma da outra.

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Tese de Doutorado em Engenharia de Processos - Fevereiro - 2009 José Cleidimário Araújo Leite 155

Figura 2.8. Espalhamento do óleo sobre a bolha de gás (Silva (2008), adaptado). Entre as principais vantagens do processo de eletroflotação, podem ser citadas as seguintes:

● processo contínuo;

● maior quantidade de bolhas geradas;

● geração de bolhas de pequenos diâmetros: 20 µm (média); ● bolhas “aproximadamente” uniformes;

● melhor distribuição de bolhas de gás na água;

● controle do fluxo de bolhas (intensidade de corrente elétrica); ● “claridade” da água tratada (Rubio et al., 2002).

Segundo Crespilho e Resende (2004), as vantagens deste processo são:

● uso de equipamentos simples e de fácil operação, em que a intensidade de corrente elétrica e o potencial podem ser monitorados de forma automatizada;

● remoção das partículas coloidais menores, devido ao campo elétrico aplicado promover contato entre elas de forma mais rápida;

● limitação no uso de substâncias químicas, reduzindo o impacto ao meio ambiente;

● as bolhas de gás produzidas durante a eletrólise transportam o contaminante para o topo da solução, onde este pode ficar concentrado e removido mais facilmente;

Tese de Doutorado em Engenharia de Processos - Fevereiro - 2009 José Cleidimário Araújo Leite 156

● a célula eletroquímica é eletricamente controlada, não sendo necessário o uso de acessórios secundários, resultando em menor necessidade de manutenção;

● o processo pode ser usado convenientemente em áreas rurais onde não há eletricidade disponível, desde que um painel solar possa ser acoplado à unidade.

Crespilho e Resende (2004) citam as seguintes limitações para o processo de eletroflotação:

● o uso da energia elétrica em alguns lugares pode ter custo elevado;

● um filme de óxido impermeável pode ser formado no cátodo, comprometendo a eficiência do processo;

● é necessária uma alta condutividade do efluente.