5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.3.1 Produção de Hidrogênio
A análise do gás produzido a partir da aplicação do método da EFCA em efluente de lagoa de estabilização e em água potável geraram os cromatogramas expressos nas Figuras 36 e 37.
Em 15 minutos de operação do reator houve um acréscimo contínuo da pressão no recipiente de vidro que acumulava o gás, atingindo cerca de 0,7 bar, tanto quando utilizou-se água potável quanto quanto testou-se o efluente de lagoas de estabilização. O percentual de hidrogênio no gás foi calculado a partir da integração da área do cromatograma e os resultados estão expressos na Tabela 8.
Observa-se, portanto, que a composição do gás hidrogênio foi de 36,2%, para o efluente de lagoa de estabilização, e de 45,7% para a água potável, em uma média de duas amostras. Esses valores demonstram a boa capacidade de geração de gás hidrogênio pelo processo, bem como a importância do próprio gás para a separação microalgal. Contudo, outros gases podem também ser importantes neste processo, tais como Cl2, N2, O2 e O3, que irão depender da composição das águas residuais e do tempo de batelada.
Figura 36 – Hidrogênio produzido no processo de EFCA utilizando efluente de lagoas de estabilização
Figura 37 - Hidrogênio produzido no processo de EFCA utilizando água potável
Fonte: O AUTOR (2013)
Tabela 7 – Percentual de H2 do gás produzido no reator
Amostra H2 produzido no
reator (%) Valor médio (%)
Água potável 43,7 45,7 Água potável 47,7 Efluente 36,5 36,2 Efluente 36,0 Fonte: O AUTOR (2013)
A geração de gás hidrogênio pelo processo EFCA ocorre devido a uma série de mecanismos químicos sequenciais. Por exemplo, a presença de íons cloreto nos efluentes de lagoas de estabilização, que possibilita a formação de Cl2 no ânodo, que, na presença de água, pode formar íons hipoclorito (CHEN etal., 2000; ISRAILIDES et al., 1997; SZPYRKOWICZ et al., 2001). Quando a corrente elétrica é estabelecida entre os eletrodos inicia-se o processo eletrolítico, com a oxidação dos íons cloreto a cloro gasoso na superfície anódica (Equação 1). Através da reação química do cloro gasoso, formado anteriormente, com a água presente é gerado o ácido hipocloroso, que pode dissociar-se, dependendo do pH do meio (Equações 2 e 3).
2 Cl− Cl2(g) + 2 e- (1)
Cl2(g) + H2O HClO+ H+ + Cl− (2)
Na superfície catódica a água é, inicialmente, reduzida com a produção de gás hidrogênio e íons hidroxilas, conforme apresenta a Equação 4.
2 H2O + 2 e- H2(g) + 2 OH− (4)
Considerando o gás armazenado como sendo ideal, a pressão do recipiente 0,7 bar, temperatura ambiente de 298 K, a massa molar do H2 de 2 g.mol-1, além do percentual de 36,2% de hidrogênio em um recipiente de 1 L de volume, calcula-se, aplicando a equação de estado dos gases ideais, que foi possível produzir a partir de 0,9 L de efluente de lagoas de estabilização e aplicação de eletroflotação por corrente alternada durante 15 minutos cerca de 20 mg de hidrogênio gasoso. Utilizando os mesmos dados de temperatura, volume, massa molar, um percentual de 45,7% de hidrogênio em um recipiente idêntico, a quantidade de hidrogênio gasoso produzida pelo método através do uso de água potável foi de 25,8 mg.
Os resultados apresentados não só comprovam o mecanismo de reações químicas proposto nesta seção para a EFCA, como traz à tona o potencial desta tecnologia como metodologia de produção de hidrogênio, o que pode tornar esta técnica ainda mais atrativa, considerando que a mesma pode aliar a separação da biomassa algal, potencial matéria-prima para o biodiesel, mitigar seus efeitos nos corpos receptores e ainda gerar energia através do próprio hidrogênio, que pode retroalimentar o sistema tornando-o sustentável energeticamente.
Uduman et al. (2011), por exemplo, também citam a possibilidade de aumento da eficiência energética do sistema empregado por eles, caso o hidrogênio produzido durante o processo não fosse desperdiçado sem o uso adequado.
5.3.2 Formação de espécies oxidantes
Na Figura 36 é possível observar o perfil do potencial ORP, que indica formação de agentes oxidantes, com o aumento do tempo de ensaio de EFCA no R2, operando na faixa de frequência de 0 a 1,56 KHz, buscando comprovar a hipótese da geração de tais espécies.
Figura 38 – Perfil do potencial de oxi-redução do efluente durante a EFCA 0 50 100 150 200 250 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 O RP ( m V ) Tempo (minutos) Fonte: O AUTOR (2013)
Percebe-se que há uma alteração do potencial de oxi-redução do efluente no decorrer do processo de EFCA. Nota-se que, primeiramente, há uma queda no valor de ORP, mas em seguida este passa a subir até atingir um patamar de estabilidade por volta de 150 minutos de batelada. A partir daí não houve variações significativas. O ORP inicialmente negativo, que representa uma alta concentração de agentes redutores em relação aos oxidantes, é convertido a um ORP positivo, com excesso destas últimas espécies, através da formação de compostos como, por exemplo, o ozônio, peróxido de hidrogênio, radicais hidroxila, ácido hipocloroso, íon hipoclorito e mono, di e tricloraminas. Para exemplificar, as reações representadas pelas equações 2 e 3, mostram a formação de íon hipoclorito e ácido hipocloroso, assim como a equação 4 mostra a formação de radical hidroxila.
O ácido hipocloroso gerado através do processo, aliado a presença de nitrogênio amoniacal no meio pode gerar as mono, di e tricloraminas, também reconhecidamente responsáveis pela quebra da parede celular de micro-organismos, como se pode observar nas equações 5 a 7 (CHERNICHARO et al., 2001):
NH4+ + HOCl NH2Cl + H2O + H+ (5)
NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O (7)
Na Tabela 7 pode-se observar os valores de concentração de cloro residual total. Nota-se que é possível afirmar que o processo é capaz de gerar as espécies que compõem o cloro residual total. A formação desses compostos corrobora o resultado mostrado na Figura 36, que demonstra o aumento do potencial ORP, atribuído a geração de compostos oxidantes pelo processo de EFCA e ainda comprova a validade das equações químicas sugeridas para o processo.
Tabela 8 – Valores da concentração de cloro residual total em diferentes tempos de operação do reator de EFCA
Tempo (minutos) Concentração (mg.L-1) 10 1,37 20 1,74 40 2,18 50 2,57 70 3,00 Fonte: O AUTOR (2013)
NOTA: O limite de detecção do método DPD é de 3 mg.L-1, por isso a decisão de interromper o experimento neste nível de concentração
O experimento foi interrompido aos 70 minutos uma vez que atingiu o limite de detecção do método de análise empregado. Este trabalho não foi capaz de comprovar, mas é possível que esses níveis de cloro residual total atinjam níveis bem mais elevados, se for levado em consideração o gráfico do ORP do processo, que atinge um patamar de estabilização somente em 150 minutos de batelada.
5.3.3 Avaliação de diferentes frequências de vibração na separação da biomassa algal e