CAPÍTULO 2 ASPECTOS TEÓRICOS
2.6 TRATAMENTO DE CHORUME
O tratamento de chorume proveniente de aterros sanitários tem grande relevância ambiental, econômica e social, principalmente porque o volume de resíduos gerados vem crescendo em ritmo mais acelerado que o crescimento da população. Além disso, legislações ambientais estão cada vez mais restritivas tanto à preservação de águas subterrâneas e superficiais quanto aos padrões de lançamento de efluente (FUJI et al., 2013).
A literatura aborda diversas metodologias relacionados ao tratamento de chorume, onde alguns tipos se aplicam apenas para remoção de alguns componentes que se encontram dissolvidos no efluente. Porém para ser viável, o tratamento adequado deve apresentar baixo custo operacional e uma alta eficiência de remoção dos contaminantes presentes. De acordo com Programa Nacional de Capacitação de gestores ambientais, os mais usuais processos de tratamento do percolado são: aeróbios (ocorre na presença de oxigênio dissolvido no meio) ou anaeróbios (não necessita do oxigênio dissolvido no meio) (lodos ativados, lagoas, filtros biológicos); tratamentos por processos físico-químicos (diluição, filtração, coagulação, floculação, precipitação, sedimentação, adsorção, troca iônica, oxidação química) (ELK, 2007) ou a combinação desses processos.
O lixiviado também pode ser recirculado para o interior da massa de resíduos (com o objetivo de manter o grau de umidade necessário ao processo de decomposição dos resíduos orgânicos), ou, ainda, pode ser lançado na rede pública de esgotamento sanitário, desde que a estação de tratamento de esgoto suporte a carga adicional representada pelo chorume sem prejudicar seu processo de tratamento. Porém, vale salientar que os processos físico-químicos sofrem desvantagem, pois os custos dos reagentes são altos, apresentam baixa remoção de matéria orgânica e, além disso, este tipo de tratamento poderiam induzir uma poluição secundária, devido ao fato do uso de aditivos químicos (TCHAMANGO et al., 2010). Quanto ao tratamento biológico, embora possa ser eficiente para lixiviados provenientes de células
novas, o mesmo não ocorre para lixiviados já estabilizados, com baixa biodegradabilidade e presença de matéria orgânica recalcitrante (MELLO et al., 2012).
2.6.1 Tratamento eletroquímico
A eletroquímica representa uma alternativa viável na resolução de problemas ambientais. Nos últimos anos, as técnicas eletroquímicas têm sido amplamente desenvolvidas na remediação de águas residuais. A vantagem principal desta tecnologia é a sua compatibilidade com o ambiente, devido ao fato de que envolve a utilização de elétrons. Outras vantagens estão relacionadas com sua versatilidade, alta eficiência energética, receptividade à automação e segurança (MARTINEZ-HUITLE; BRILLAS, 2009)
De fato, vários trabalhos têm demonstrado que a eletroquímica representa uma alternativa viável para o tratamento de águas residuais, removendo impurezas orgânicas e inorgânicas, sendo possível a aplicação desta tecnologia como um processo de oxidação direta ou indireta. (MARTINEZ-HUITLE; FERRO, 2006; PANIZZA; CERISOLA, 2009; CARVALHO et al., 2011).
Em busca de um sistema que enquadre a qualidade do chorume aos padrões estabelecidos nas legislações vigentes, o estudo da eletroquímica merece uma investigação, em virtude de apresentar baixo custo e benefício em relação aos outros tratamentos desenvolvidos, desempenhando um tratamento eficiente para efluentes complexos, como o chorume, conseguindo eliminar vários poluentes em um único tipo de tratamento.
Existem alguns tipos de processos eletroquímicos, na qual entre eles pode-se destacar os seguintes:
a) Eletrocoagulação
A eletrocoagulação é baseada na dissolução do material de eletrodos utilizados como um ânodo (KUOKKANEN et al., 2013). Este é um método eletroquímico de tratamento de águas poluídas, segundo o qual na sua forma mais simples, um reator de eletrocoagulação é composto de uma célula eletrolítica com um ânodo e um cátodo, onde as placas metálicas condutoras podem ser de materiais iguais ou diferentes (ânodo e cátodo) (KUMAR; GOEL, 2010), ocorrendo através do ânodo a liberação de coagulantes ativos (geralmente cátions de alumínio ou de ferro) em solução (ZODI et al.,2013).
A eletrocoagulação tem sido aplicada com sucesso para remover espécies iônicas solúveis em soluções e metais pesados por vários investigadores (AJI et al., 2012; AKBAL; CAMCI, 2012; VERMA et al., 2013,), uma vez que nenhuma adição de produtos químicos é necessária neste processo, reduzindo a possibilidade de geração de poluentes secundários (KHANDEGAR; SAROHA, 2013). Lembrando também que a quantidade de lodo que é formado no processo de eletrocoagulação é bem menor do que aqueles formados os em outros tipos de tratamento, sendo este, facilmente sedimentável e desidratado, uma vez que é composto principalmente de óxidos e hidróxidos metálicos (KUMAR; GOEL, 2010).
Esta é uma técnica eletroquímica com muitas aplicações, em que uma variedade de partículas dissolvidas indesejadas e matérias em suspensão podem ser removidas de forma eficaz a partir de uma solução aquosa por eletrólise (RICORDEL et al. 2010), podendo ser projetado para qualquer capacidade de tratamento de efluentes (KHANDEGAR; SAROHA, 2013). Durante a eletrocoagulação utilizando eletrodos de alumínio, ocorrem as seguintes reações eletrolíticas básicas (TROMPETTE; VERGNES, 2009):
A libertação de íons Al3+, acompanhada com a oxidação de água, de acordo com as
EQUAÇÕES 1 e 2, no ânodo:
Al → Al3+ + + 3e- (1)
2H2O → O2 + 4H + + 4e- (2)
A redução da água no cátodo, por meio da EQUAÇÃO 3:
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (3)
A Figura 2.5 apresenta o mecanismo que ocorre no processo de eletrocoagulação Figura 2.5 – Mecanismo durante o processo de eletrocoagulação.
Em geral, os seguintes processos principais que ocorrem durante um tratamento de eletrocoagulação, são (MARTINEZ-HUITLE; BRILLAS, 2009):
- Reações no eletrodo para produzir íons metálicos de Al no ânodo e gás H2 no cátodo;
- Formação de coagulantes em águas residuais;
- Outras reações eletroquímicas e químicas envolvendo redução de poluentes orgânicos e íons metálicos no cátodo e coagulação de partículas coloidais.
Esta técnica também apresenta as seguintes vantagens (MARTINEZ–HUITLE; BRILLAS, 2009):
- A separação de matéria é mais rápida e mais eficaz do que na coagulação orgânica; - A formação de coágulos no efluente;
- Remoção de poluentes com coagulantes, por sedimentação ou por eletroflotação com o H2produzido no cátodo;
- Os custos de operação são muito mais baixos do que na maioria das tecnologias convencionais.
Porém, apesar das vantagens apresentadas, esta técnica possui algumas limitações (MOLLAH et al., 2004):
- Os ânodos precisam ser substituídos periodicamente, mas ânodos de alumínio não possuem custos elevados;
- A eletrocoagulação requer uma solução de condutividade mínima, o que limita seu uso com líquidos que contenham baixa quantidade de sólidos dissolvidos;
- No caso da remoção de compostos orgânicos, a partir de efluente contendo cloretos existe uma possibilidade de formação de compostos orgânicos clorados tóxicos;
- Uma película de óxido impermeável pode ser formada sobre o cátodo, que pode proporcionar a resistência ao fluxo da corrente elétrica. No entanto, a limpeza periódica dos elétrodos pode reduzir esta interferência;
- O elevado custo da eletricidade pode resultar em um aumento no custo operacional da eletrocoagulação.
Devido às suas propriedades reconhecidas, como por exemplo, comodidade, preço baixo, segurança (HOLT et al., 2005), ambientalmente correta, equipamento fácil de operar, curto tempo de funcionamento, nenhum ou pequena quantidade de produtos químicos e de baixa produção de lodo, esta técnica eletroquímica ganhou uma renovada atenção voltada para a busca crescente com interesses econômicos e ambientais (MOUEDHEN et al., 2008).
b) Eletrooxidação
A eletrooxidação é o processo eletroquímico que consiste na oxidação de contaminantes em uma célula eletrolítica, através da passagem de corrente elétrica obtida por uma fonte externa de energia, que se encontram conectados a um par de eletrodos através de um fio condutor de eletricidade, na qual a configuração do reator eletroquímico influência fortemente na seletividade e eficiência do processo de oxidação eletroquímica, devido às tensões significativas de células que são aplicadas na célula eletroquímica para a oxidação simultânea de poluentes e água (SANTOS et al., 2014).
Nos últimos anos, a oxidação eletroquímica para descontaminação de efluentes recebeu uma grande atenção, graças às suas características atraentes, como versatilidade, eficiência energética, receptividade de automação e compatibilidade ambiental (reagentes livres de produtos químicos) (RAMALHO et al., 2010). A eletrooxidação de poluentes pode ser realizada de duas maneiras: a oxidação direta e indireta. O primeiro processo favorece a combustão completa dos poluentes orgânicos em CO2 e H2O, enquanto que a oxidação
indireta converte poluentes em compostos biodegradáveis (MARTINEZ-HUITLE; FERRO, 2006).
Considera-se que a reação inicial, em ambos os tipos de ânodos M corresponde à oxidação da molécula de água, levando à formação de radical hidroxila (•OH) adsorvido em M, como mostra a reação (a) que se encontra na Figura 2.6. Tanto a reatividade eletroquímica e química de M heterogêneo (•OH) são dependentes da natureza do material do elétrodo. A superfície dos ânodos ativos interage fortemente com •OH e produz óxido ou superóxido de MO que podem ser obtidos na sequência da reação (b), como mostra a Figura 2.6.Isto ocorre quando os estados de oxidação mais elevados estão disponíveis para um ânodo de óxido de metal, acima do potencial normal para a evolução de O2. O par redox MO/M atua como um
mediador na oxidação de substâncias de reação, de acordo com a reação (c), apresentada na Figura 2.6, o qual compete com a reação lateral da evolução de O2 através da decomposição
química das espécies de óxido mais elevado mostrado na reação (d), presente na Figura 2.6. Em contraste, a superfície de um ânodo não ativo interage fracamente com •OH que podem
reagir diretamente com M (•OH) para se obter os produtos totalmente oxidados, tais como o
CO2, através da reação (e), encontrada na Figura 2.6, na qual R é um composto orgânico com
M átomos de carbono e sem qualquer heteroátomo, que precisa de a = (2m + n) átomos de oxigênio para ser totalmente mineralizado a CO2. A reação oxidativa (c) com o par redox da
superfície MO/M é muito mais seletiva do que a reação de mineralização (e) com M (•OH). A última reação também compete com as reações colaterais deste radical, tal como a oxidação direta de O2 a partir da reação (f), presente na Figura 2.6 ou consumo indireto através de
dimerização para o peróxido de hidrogênio de acordo com a reação (g) localizada na Figura 2.6.
Um eletrodo não ativo não participa na reação anódica direta e não apresenta qualquer sítio ativo para sua adsorção do meio aquoso, atuando apenas como um substrato inerte e como um dissipador para a remoção de elétrons. Em princípio, só são possíveis reações e oxidação da água com este tipo de ânodo. O radical hidroxilo produzido a partir da descarga de água através da reação (a) é subsequentemente envolvido no processo de oxidação de compostos orgânicos.
Figura 2.6 – Representação esquemática da oxidação eletroquímica de contaminantes sobre anodos de óxidos metálicos (MOx), formando superóxidos (MOx+1).
Fonte: Adaptado COMMINELLIS (1994)