Reagentes

Os efluentes sintéticos utilizados neste trabalho eram compostos pelos seguintes reagentes: cloreto de bário di-hidratado (BaCl22H2O), cloreto de zinco (ZnCl2), cloreto de

níquel hexa-hidratado (NiCl26H2O), cloreto de sódio (NaCl) e uma solução multielementar de

padrão analítico para ICP-OES, marca SpecSol®, contendo os seguintes íons: Cd2+, Cr3+, Cu2+, Sr2+ e Zn2+. Além desses reagentes, foram usadas as substâncias orgânicas: xileno (C6H4(CH3)2), tolueno (C7H8) e fenol (C6H5OH). Todos os reagentes utilizados eram de grau

analítico (PA).

b c

a

Figura 4.10 - Fotos dos eletrodos de alumínio (a), inox (b) e ferro(c).

4.2.2 Efluente sintético (ES)

Os primeiros ensaios experimentais neste trabalho foram realizados com efluentes sintéticos que continham sais de Ba, Ni, Zn e solução de cloreto de sódio (NaCl) como eletrólito. Todos foram diluídos em água destilada. A utilização deste primeiro teste foi avaliar os percentuais de remoção dos contaminantes, adicionados intencionalmente pela técnica da eletrocoagulação.

Além da adição dos metais acima citados, outro teste foi realizado sendo acrescentadas as substâncias orgânicas, tolueno, xileno e fenol, com o mesmo propósito do ensaio anterior, ou seja, avaliar a remoção também dos orgânicos presentes em solução.

4.2.2.1 Efluente semi-sintético (ESS)

Essa denominação foi adotada pela mistura de efluente de água associada à produção de petróleo real uma solução de 2 a 3 ppm de padrão analítico multielementar contendo os íons Cd2+, Cr3+, Cu2+, Sr2+ e Zn2+. A adição desse padrão analítico ocorreu em virtude do recebimento de várias amostras de efluente apresentando baixas concentrações de metais, por ser um efluente já tratado, mas o objetivo era testar a eficiência do processo da eletrocoagulação em um efluente com composição química complexa. Por isso, a concentração das espécies foi aumentada acima do que recomenda pela Resolução do CONAMA nº 357.

4.2.2.2 Efluente (E)

Foram realizados também experimentos com efluentes, oriundos de águas produzidas antes da entrada na ETE e após tratamento na ETE (efluente tratado) do pólo petroquímico de Guamaré/RN, localizado na Bacia Potiguar na Unidade de Negócio e Exploração do Rio Grande do Norte e Ceará (UN-RN/CE).

As amostras coletadas dos efluentes antes da ETE apresentavam concentração de metais mais alta que o efluente na saída da ETE, sendo que a concentração de metais não estava acima dos limites estabelecidos pela Resolução do CONAMA nº 357. A proposta seria utilizar a eletrocoagulação como uma etapa de tratamento da água associada à produção de petróleo na saída da ETE, com o intuito de deixar os parâmetros com valores no nível de classe 4, de acordo com a Resolução do CONAMA nº 357.

Segundo Santana (2008), o pólo petroquímico de Guamaré recebe uma mistura de água de formação de 44 campos diferentes de extração de óleo e gás e são parcialmente misturadas nas estações coletoras centrais e posteriormente nas estações de tratamento de óleos e nas ETEs. Isso explica a complexidade e variação na concentração de contaminantes na composição química da água associada à produção de petróleo, pois essas misturas parciais, segundo o mesmo autor, não são totais e nem homogêneas.

As coletas das amostras foram realizadas entre períodos de 2009 a 2011, era realizada em dias e horários diferentes e de forma aleatórias.

Para não comprometer os resultados dos testes devido à instabilidade da água associada à produção de petróleo, os ensaios experimentais não ultrapassavam 10 dias após a coleta na ETE.

4.3 Planejamento experimental

4.3.1 Planejamento fatorial 2n

O objetivo do planejamento é obter informação que permita desenvolver novos processos, compreender melhor o sistema, tomar decisões de como otimizar e melhorar a sua eficiência.

De acordo com Ferré e Rius (2002), antes de realizar um experimento, é importante fazer um planejamento para que possa obter maiores informações a cerca do sistema estudado. Ressaltam também, que a escolha de um tipo de planejamento experimental está relacionada a dois aspectos importantes: um deles seria com relação à realização dos ensaios, que normalmente custa caro, pois dispõe de tempo para realizá-los, de aquisição de reagentes, pessoal qualificado, metodologia específica e equipamentos para realizar análises. O outro diz respeito à incerteza dos resultados observados.

Assim, determino-se que todos os experimentos realizados nesse trabalho seguissem um determinado planejamento experimental, conforme a metodologia descrita por Neto et al. (2005); Rodrigues e Iemma (2005). O planejamento aplicado foi o fatorial, do tipo 2n, onde n corresponde ao número de fatores (variáveis de controle) analisados, e 2, representa o nº de níveis de variação de cada fator. A variável resposta obtida nos experimentos foi o percentual de remoção dos contaminantes, sendo representada pela equação linear modelo, Ŷ (Equação

(4.1)

Os coeficientes e são os parâmetros estimados pela equação modelo e obtidos através do método dos mínimos quadrados. As variáveis de controle são representas por xi e

xj, consideradas no planejamento fatorial, como variáveis codificadas e seus valores são

expressos em níveis de mínimo (-1) e de máximo (+1) de acordo com cada fator.

No planejamento fatorial 23, essas variáveis codificadas foram denominadas de x1, x2 e

x3, representadas pelos eixos da Figura 4.11. Os valores experimentais dessas variáveis são

estimados no intervalo de -1 a +1. Os resultados dos 8 experimentos estão representados nas arestas do cubo e correspondem aos valores dos percentuais de remoção.

Figura 4.11 – Representação espacial dos oitos experimentos no planejamento fatorial 23. Fonte: Mota, 2010.

4.3.1.1 Planejamento fatorial 23 para os testes em reator batelada

No reator batelada, foram feitos dois testes cada um com 8 experimentos e as variáveis estudadas para planejamento experimental foram, corrente ( ), a concentração de NaCl ( ) e o tempo ( ). Seus valores foram baseado no estudo realizado por Souza et al., (2009b) e estão descritos na Figura 4.12.

O 1º teste foi realizado com 8 experimentos, usando 8 eletrodos, sendo 4 de ferro (anodo) e 4 de inox (catodo). A área geométrica de cada eletrodo era de 128 cm2. Os valores dado as variáveis estão apresentados na Tabela 4.1. O efluente usado foi o sintético. Os resultados foram expresso em percentuais de remoção dos contaminantes Zn2+, Ni2+ e Ba2+ e calculado pela Equação 4.2 .

O 2º teste foi realizado com 8 experimentos, usando 8 eletrodos, sendo os 8 de inox, anodo e catodo. A área geométrica de cada eletrodo era de 128 cm2. Os valores dado as variáveis estão apresentados na Tabela 4.1. O efluente usado foi o real. Os resultados foram expresso em percentuais de remoção de TOG e TOC e calculados pela Equação 4.2 .

(4.2)

Onde: Ci corresponde à concentração inicial do contaminante e Cf concentração final do Variáveis de entrada X1 - Corrente (A) X3 - Tempo de residência (min.) X2 - Concentração de NaCl (mg/l) Valores Experimentais Mín. = 0,98 Máx. = 1,10 Mín. = 15 Máx. = 30 Mín. = 5.000 Máx. = 10.000 Sistema de Tratamento REATOR DE BATELADA Variáveis de saída % de remoção de TOC % de remoção de TOG % de remoção de Zn2+, Ni2+ e Ba2+

Figura 4.12 – Quadro dos valores utilizados para as variáveis de controle e de resposta, utilizando a eletrofloculação em reator batelada. Fonte: Souza et al., 2009b.

Tabela 4.1 - Condições experimentais usadas para os tratamentos no reator batelada

no 1º e 2º teste.

Experimentos Valores experimentais

C (A) CNaCl (mg/l) tr (min)

1 0,98 5.000 15 2 1,10 5.000 15 3 0,98 10.000 15 4 1,10 10.000 15 5 0,98 5.000 30 6 1,10 5.000 30 7 0,98 10.000 30 8 1,10 10.000 30

4.3.1.2 Planejamento fatorial 23 para os testes em reator contínuo

Neste reator contínuo foram verificados dois novos fatores, são eles: vazão e material do eletrodo (Ferro e Alumínio), além da corrente. Portanto foi observada a influência deles nos resultados do tratamento eletroquímico.

Os resultados obtidos foram ajustados pela equação geral do modelo estatístico empregado para estimar as respostas do planejamento fatorial 23 no tratamento contínuo, em termos dos efeitos estimados por unidade de variação dos fatores (x1, x2 e x3) ela é

representada pela Equação (4.1).

As condições e os valores experimentais correspondentes os novos fatores e da corrente, estão apresentados na Tabela 4.2. O resultado obtido nos ensaios com o efluente semi-sintético foi expresso em percentual de remoção dos contaminantes: Cd2+, Cr3+, Cu2+, Sr2+ e Zn2+ e calculados pela Equação 4.2.

Os testes com reator contínuo foram realizados em triplicata, e depois calculado a média dos resultados, para reduzir a margem de erro.

Tabela 4.2 – Valores experimentais das variáveis: eletrodo, corrente e vazão.