Sistema experimental – escala laboratorial

O sistema experimental foi montado no Laboratório de Processos Oxidativos Avançados (LABPOA) localizado no Departamento de Química Analítica e Físico-Química da Universidade Federal do Ceará – UFC, através de um reator em batelada. A realização de experimentações em escala laboratorial nos permite observar o comportamento do sistema experimental, evitando a ocorrência de possíveis problemas numa escala industrial. A

otimização de seu formato foi fundamentado de modo a facilitar uma possível ampliação para aplicação em escala real, já que esse trabalho foi desenvolvido para sanar um problema comum das indústrias têxteis, que é o reuso da água.

4.4.1. Reator de eletrocoagulação (conexão bipolar em paralelo)

O reator de eletrocoagulação/sedimentação (ECS) foi construído no formato cilíndrico em acrílico, operando em batelada, com dimensões de 60,0 cm de altura e 10,0 cm de diâmetro, resultando num volume útil total de 4.710 cm3. Sua confecção foi feita em acrílico para melhor visualização dos processos de eletrocoagulação/flotação. Esse formato do reator foi usado para proporcionar uma maior interação entre as espécies envolvidas no processo eletrolítico, bem como evitar cantos ―mortos‖ dentro do reator, como acontece em reatores de formato tipo tanque (cúbico) durante o processo de eletrocoagulação (MAIA, 2014). Para os experimentos em que a agitação foi requerida, utilizou-se um agitador magnético fabricado pela Tecnal® TE-0851™. Essa agitação promoveu a homogeneização do efluente dentro do reator durante o processo eletrolítico, proporcionando o aumento ou controle do movimento Browniano do sistema aquoso, que contribuiu para a formação de coágulos através do contato do contaminante com o agente coagulante formado no processo.

Um esboço do experimento está apresentado na Figura 22. As coletas das alíquotas do efluente tratado foram realizadas a cada 5 minutos de experimento em tubos de falcon de 50 mL, as amostras foram retiradas na torneira localizada na parte mediana do reator, para evitar a coleta de sólidos tanto na parte inferior devido ao processo de sedimentação quanto na superior devido ao processo de flotação. Para monitoramento da corrente (i), tensão (V) e frequência (Hz) foi utilizado um osciloscópio digital marca Minipa, modelo MVB-DSO com upgrade de 100 mhz.

Figura 22 – Esboço da montagem dos experimentos em escala laboratorial. 1 5 9 8 4 1- Agitador magnético 2- Barra magnética 3- Ponto de coleta 4- Espaçadores 5- Eletrodos metálicos 6- Coleta do flotado 7- Osciloscópio

8- Circuito de corrente direta Pulsada (CCDP) 9- Fonte CA/CC Ânodo Cátodo + - - + 3 2 6 - + 7

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

4.4.2. Fonte de corrente contínua

A fonte de alimentação de corrente contínua utilizada foi da marca Hayama modelo HY 1320 PLUS, com tensão de saída de 13,8V e uma corrente máxima de saída de 20A (Figura 23). Este equipamento fornece a tensão elétrica contínua necessária para realização dos experimentos, cujo valor de corrente depende da condutividade. No estudo com o efluente real não houve necessidade de adicionar produtos químicos para aumentar a condutividade, visto que este efluente apresentou condutividade elétrica suficiente para a realização dos ensaios.

Figura 23 - Fonte de alimentação de corrente contínua.

4.4.3. Circuito elétrico de corrente direta pulsada

O circuito elétrico utilizado no processo eletrolítico teve como objetivo a geração de campo elétrico uniformemente variado a partir de uma corrente direta pulsada (CDP). Os pulsos foram gerados tomando-se como base a frequência de vibração natural da molécula da água e também das espécies presentes no efluente. O objetivo do circuito era de alcançar o princípio da superposição, quando duas ou mais ondas ocupam determinado espaço ao mesmo tempo, os deslocamentos causados por cada uma delas se adicionam em cada ponto, ou seja, quando a crista de uma onda se superpõe à crista de outra, seus efeitos individuais se somam e produzem uma onda resultante com maior amplitude (HEWITT, 2002; SERWAY et al., 2011; TIPLER, 2009) (Figura 24).

Figura 24 - Superposição de onda (interferência construtiva).

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

Esses princípios físicos proporcionam maiores eficiências nas remoções de poluentes, comparado com o processo eletrolítico tradicional. Esse circuito proporcionou algumas vantagens como: baixo consumo energético, interferência construtiva e ressonância. Desta forma aumentando a possibilidade de rompimento de ligações químicas e, consequentemente uma diminuição da neutralidade elétrica do meio. Portanto, as moléculas polares de água submetidas ao campo elétrico atrativo entre as placas polarizadas, interagem construtivamente com padrão de onda natural da molécula, sendo os grandes responsáveis pela formação de íons moleculares, denominados de radicais (ABDALA NETO, 2012). Os princípios citados acima proporcionaram a formação da onda de corrente direta pulsada. Na Figura 25 está representado o comportamento da onda utilizada nas experimentações.

Figura 25 - Comportamento da onda de corrente direta pulsada do circuito utilizado nos experimentos.

Fonte: Elaborado pelo autor (2017).

4.4.4. _{Eletrodos metálicos}

Os eletrodos de alumínio e aço inox foram utilizados nos experimentos com efluente sintético e real. Para o funcionamento da célula eletrolítica foram montados conjuntos de eletrodos com espaçamentos de 1,0 mm, os quais foram compostos por 14 placas de aço inoxidável do tipo 304 ou de alumínio (Figura 26), ligados eletricamente a uma fonte por um arranjo bipolar em paralelo, cada uma medindo 5,0 x 40,0 x 0,3 cm, resultando numa área superficial total de 2800,0 cm2. Nas tabelas 6 e 7 são apresentados a composição química do aço inoxidável do tipo 304 e do alumínio comercial utilizado nos experimentos.

Figura 26 - Conjunto de eletrodos utilizados nos ensaios, separados por abraçadeiras plásticas, (a) alumínio, (b) aço inox.

(a) (b)

Tabela 6 - Composição química dos eletrodos de aço inoxidável 304 utilizado nos ensaios (% máximo em peso).

Composição química aço inox 304 (%)

C Mn Si P S Cr Ni Fe

0,08 2,00 1,00 0,045 0,03 18,00 8,00 70,80 Fonte: ABINOX, 2014.

Tabela 7 - Composição química dos eletrodos de alumínio utilizado nos ensaios (% máximo em peso).

Composição química do alumínio (%)

Cu Mn Zn Si+Fe Al Outros

0,05-0,20 0,05 0,10 0,95 99,00 0,15 Fonte: ALCOA, 2011.

4.4.4.1 Limpeza dos eletrodos

A lavagem dos eletrodos foi feita com esponja e sabão ao final de cada ensaio para extração de possíveis materiais aderidos durante o tratamento. O uso de material mais fortemente abrasivo como palhas de aço, assim como meios ácidos podem retirar massa do eletrodo (SINOTI E SOUZA, 2005). Os resíduos gerados nesse estudo foram armazenados em frascos de 30 L.