Universidade Federal do Rio Grande do Norte Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Civil
Coordenação do Curso de Engenharia Ambiental
KAANDA REBECA MARQUES CUNHA
ESTUDO PRELIMINAR DA EFICIÊNCIA DE MINERALIZAÇÃO DE CHORUME APLICANDO FOTO-FENTON EM REATOR TUBULAR
NATAL/RN 2020
KAANDA REBECA MARQUES CUNHA
ESTUDO PRELIMINAR DA EFICIÊNCIA DE MINERALIZAÇÃO DE CHORUME APLICANDO FOTO-FENTON EM REATOR TUBULAR
Monografia apresentada ao curso de graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental.
Orientador: Prof. Dr. Douglas do Nascimento Silva
NATAL/RN 2020
Espaço destinado a Ficha Catalográfica
KAANDA REBECA MARQUES CUNHA
ESTUDO PRELIMINAR DA EFICIÊNCIA DE MINERALIZAÇÃO DE CHORUME APLICANDO FOTO-FENTON EM REATOR TUBULAR
Monografia apresentada ao curso de graduação em Engenharia Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Ambiental.
Aprovada em: 21/12/2020
BANCA EXAMINADORA
______________________________________
Prof. Dr. Douglas do Nascimento Silva Orientador
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE ______________________________________
Profa. Dr(a). Magna Angélica dos Santos Bezerra Sousa Membro interno
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
______________________________________
Prof. Dr. Fernando José Vieira da Cunha Filho Membro externo
AGRADECIMENTOS
Não tem algo mais clichê do que começar agradecendo a Deus, mas, sim, Ele é o ser mais digno dos primeiros agradecimentos! Pois sem Ele nada disso seria possível! Agradeço então, primeiramente a Deus, por ter me dado tanta força e fé durante todo meu percurso e por me ter permitido viver muito mais do que imaginei nesses 5 anos.
Em segundo lugar agradeço a minha família, que é o motivo de eu acordar e lutar todos os dias pelos meus objetivos. Principalmente aos meus tão amados e queridos irmãos, Kenuí e Kim, ser seus exemplos sempre foi uma grande motivação. Moana, obrigada por ser uma irmã amiga, sempre dividindo as minhas lutas e conquistas como se fossem suas, e sempre fazendo comidinhas gostosas para mim. E, a todos da família Marques e Cunha, que em algum momento me deram uma palavra de carinho e me motivaram a chegar até aqui.
Não poderia faltar também, um agradecimento especial aos meus avós tão amados, vozinha Araci, obrigada por tudo, todo apoio emocional e financeiro, e por sempre acreditar que eu sou capaz. Vovô Moacir, obrigada por ter desde cedo me ensinado o caminho da honestidade e me mostrado que o caminho dos estudos é a melhor opção de fazer o mundo um lugar melhor.
Além da família de sangue, também tenho muito a agradecer a família de amigos que eu escolhi e sou muito feliz em dividir a vida, quem me conhece sabe quantos e quem são, a cada um que me fez rir ou que me acalentou no choro, meus muito obrigada. Aos meus gases nobres (Arícia, Bianca, Carol, Raisa e Samantha), a energia positiva compartilha foi e sempre será essencial. A minhas Lindezas (Arícia, Aysllane e Yasmim) vocês são as irmãs que eu escolhi para vida. Aos pobres (Matheus, Lucas, Luiza e Júlia), que de pobres não tem nada kk, nossas diferenças nos fizeram pessoas mais fortes hoje, e agradeço o caminho que trilhamos.
Há tantos outros a citar que preencheria aqui algumas tantas páginas, queria ainda mencionar meu eterno time de futebol (minha trupe masculina do IFRN), Hyago (que iniciou essa jornada ao meu lado, porém, mesmo trilhando outros caminhos no meio, foi o maior presente de CeT), o Surgiu/Bad, ou seja lá o nome que estamos usando no momento kk, (com quem dou as melhores risadas do mundo) os Boludos (parceiros de muitas farras), Boludas (Malu, Vanessinha, Tathy, Cris e Ceci - amigas que surgiram durante o percurso e compartilham uma vida) e a todos que sabem do meu carinho.
Outra família que tenho um enorme apreço e quero, através desse gesto singelo, agradecer, por me acolher, dividir tantos momentos e me apoiar em muitos outros, é a família
Medeiros (em especial Izabel, Bela, Cibaldo, Lucas, Ádla e Leandro), vocês ganharam meu coração e sempre serão especiais para mim, muito obrigada!
Todos os agradecimentos acima, fizeram parte da minha caminha paralela a da UFRN e foram fundamentais para minha chegada até ela. Mas ao entrar na UF também ganhei alguns pontos de equilíbrios, com quem dividi as angústias (que não foram poucas) acadêmicas:
Yanne Beatriz, Nathália Dayane, Gustavo Medeiros, Judith Tayná, Renato Leão, Mateus Santiago, Rodrigo Sarmento, CeT e Ambiental com certeza foram mais leve ao lado de vocês.
Obrigada por estudarem, ensinarem, dividirem trabalhos e tantas outras coisas compartilhadas comigo nesses 5 anos. Também não posso esquecer do melhor professor substituto da vida, Carlos Jr., você nos ensinou muito mais do que disciplinas acadêmicas, nos ensinou a amar a Engenharia Ambiental, a você e todas as meninas surtadinhas, meus sinceros agradecimentos!
Além dos companheiros de curso, também gostaria de agradecer aos meus mestres e professores, tanto de CeT, quanto da Engenharia Ambiental, que me ensinaram tudo que sabiam e construíram uma base para que hoje eu me tornasse apta a exercer a profissão que escolhi com tanto amor.
Fora as tão temidas disciplinas, também fui agraciada por 4 anos de Iniciação Cientifica, o qual um dos frutos é o presente trabalho. E, essa só foi possível graças ao professor Douglas Nascimento, que me deu essa oportunidade maravilhosa, obrigada por tanto! Além dele, pude participar do grupo de pesquisa mais engraçado do NUPEG (Fernando, Erika, Barbara e Paula), obrigada pelas nossas tardes, manhã e noites (quando necessário) de muitos experimentos e risadas. Agradecimento especial a Fernando Cunha, por ter me ensinado tanto. E a Paula por ter sido muito mais do que uma parceira de bolsa, mas sim uma amiga para a vida.
Mais para o final do curso, pude ter também outra oportunidade extraordinária, com que vivi intensamente, de me desenvolver além das salas de aulas, que foi o Movimento Empresa Júnior (MEJ), o qual fiz parte da Colméia mais linda desse Brasil (NuTEQ).
Obrigada a todas as abelhinhas que direta e indiretamente contribuíram para meu desenvolvimento.
E por fim, agradeço a experiência de Estágio que tive, na IER. Obrigada, Gibran Lula, pela oportunidade, por acreditar no meu potencial e me dar a chance de desenvolvê-lo cada vez mais. Fernando e Erico, sem vocês esse estágio jamais teria sido o mesmo. E a toda família IER, que possamos continuar construindo Projetos de Energias Renoveis, avante sempre, obrigada.
Então, é tudo isso, gratidão sempre! Amo todos vocês!
Foi o tempo que dedicaste a tua rosa que a fez tão importante.
Antoine de Saint-Exupéry
RESUMO
Por muitos anos no Brasil, os resíduos tinham como destinação final lixões a céu aberto, ocasionando diferentes tipos de contaminação. Contudo com a lei 12.305/2010 a destinação final dos rejeitos é preconizada a aterros sanitários, elencada como a técnica mais viável, socialmente, economicamente e ambientalmente. A excreção dos microrganismos decompositores dos resíduos, nesse sistema, gera um composto complexo e tóxico, chamado chorume. O presente trabalho buscou compreender como está o tratamento do lixiviado no Brasil, estudar a aplicação do processo oxidativo avançado foto-Fenton no lixiviado do Aterro Sanitário da região metropolitana de Natal e avaliar o desempenho fotolítico do reator fotoquímico tubular aplicado no tratamento de efluentes complexos. Para isso foram realizados experimentos de tratamento do chorume, actinometria que determina a quantidade de fótons por segundo absorvidos no experimento e pesquisas qualitativas sobre o assunto.
Com a realização dos estudos notou-se que os tratamentos aplicados atualmente no Brasil para o chorume não são eficientes e que há necessidade de novas técnicas de tratamento. Quanto aos experimentos percebeu-se que o foto-Fenton é uma técnica promissora para o tratamento do chorume, com redução de carga orgânica máxima de aproximadamente 45%, porém ainda é precisa ser aprimorada para viabilização da aplicação. Quanto a actinometria, obteve-se a taxa de variação de incidência de fótons Po de 3,02E+18 fótons/s, além de evidenciar que a incidência de fótons é consequência da disposição das lâmpadas e do material usado no reator, sendo o reator estudado uma boa alternativa para democratização de estudos na área.
Palavras-Chave: Lixiviado, tratamentos aplicados, actinometria, foto-Fenton.
ABSTRACT
For many years in Brazil, the waste had as final destination open dumps, causing different types of contamination. However with the law 12.305/2010 the final destination of waste is recommended to landfills, listed as the most viable technique, socially, economically and environmentally. The excretion of microorganisms that decompose waste in this system generates a complex and toxic compound called slurry. The present work sought to understand how is the leachate treatment in Brazil, to study the application of the advanced photo-Fenton oxidative process in the leachate of the Sanitary Landfill of the metropolitan region of Natal and to evaluate the photolytic performance of the tubular photochemical reactor applied in the treatment of complex effluents. For this purpose, experiments were carried out in the treatment of slurry, actinometry that determines the amount of photons per second absorbed in the experiment and qualitative research on the subject. With the studies it was noted that the treatments currently applied in Brazil for slurry are not efficient and that there is a need for new treatment techniques. As for the experiments, it was noticed that the photo-Fenton is a promising technique for the treatment of slurry, with maximum organic load reduction of approximately 45%, but it still needs to be improved to make the application viable. As for actinometry, it was obtained the rate of photon incidence variation Po of 3.02E+18 photons/s, besides showing that the photon incidence is a consequence of the disposition of the lamps and the material used in the reactor, being the reactor studied a good alternative for democratization of studies in the area.
Keywords: Leachate, applied treatments, actinometry, photo-Fenton.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Reator tubular do usado no presente estudo. ... 30
Figura 2 - Vails preparados para leitura de amostras. ... 35
Figura 3 - Esquema de um reator em escala laboratorial. (1) Entrada de reagentes e de efluente; (2) Tanque de recirculação; (3) Mangueiras de silicone expostas à radiação solar; (4) Calhas do reator fotoquímico; (5) Bomba de recirculação; (6) Válvula para a retirada de amostras. ... 39
Figura 4 - Esquema de reator fotoquímico multi-lâmpadas, proposto por Mota. ... 40
Figura 5 - Comparação dos resultados obtidos na actinometria do estudo e de Mota (2005). ... 41
Figura 6 - Aferição de pH. ... 42
Figura 7 - Amostras preparadas para digestão. ... 45
Figura 8 - Efluente bruto e efluente tratado. ... 45
Figura 9 - Amostras coletadas em vails para leitura de TOC. ... 52
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Lista de vidraria necessária para o experimento da actinometria. ... 31
Tabela 2 - Lista de reagentes para experimento de actinometria. ... 31
Tabela 3 - Solução Complexante (A). ... 32
Tabela 4 - Solução para o reator (B), para o volume de 3 litros ... 32
Tabela 5 - Concentração de DQO para leitura de absorbância. ... 36
Tabela 6 - Resultados da Curva de calibração, feita para actinometria. ... 37
Tabela 7 - Resultados do experimento de actinometria. ... 38
Tabela 8 - Concentrações de variáveis no planejamento experimental. ... 46
Tabela 9 - Planejamento experimental aplicado ao chorume. ... 46
Tabela 10 - Resultados de TOC obtidos com o a aplicação de foto-Fenton no chorume. ... 47
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 12
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14
2.1 Reator Fotoquímico ... 14
2.2 Actinometria ... 15
2.3 Processos Oxidativos Avançados (POA) ... 16
2.4 Processo foto-Fenton ... 17
2.5 Aterros Sanitários e produção de Lixiviados ... 18
2.6 Tratamentos Aplicados ao Chorume no Brasil ... 20
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL ... 29
3.1 Reator Fotoquímico ... 29
3.2 Experimento de Actinometria ... 30
3.3 Procedimento Experimental – Tratamento do Chorume ... 34
3.4 Demanda Química de Oxigênio (DQO) ... 36
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 37
4.1 Avaliação do Reator Tubular - Actinometria ... 37
4.2 Tratamento do Chorume ... 42
4.2.1 Parâmetro de análise - DQO ... 43
4.2.2 Parâmetro de análise – TOC ... 46
5. CONCLUSÕES ... 53
6. REFERENCIAS ... 54
12
1. INTRODUÇÃO
O crescimento dos grandes centros urbanos trouxe inúmeros benefícios e avanços para a humanidade, contudo também acarretou o aumento da poluição ambiental incluindo a contaminação de reservas naturais de água potável.
Segundo Dezotti (2008) grande parte dos produtos químicos comercializados tem como destino final os corpos hídricos, seja pelo lançamento de efluentes oriundos de aterros sanitários, industriais e domésticos, pelo carreamento em decorrência das chuvas ou disposições diversas. É estimado que 79% dessas substâncias não são conhecidos seus efeitos tóxicos.
São diversos os tipos de poluentes em meio aquoso que podem causar danos ao meio ambiente e à saúde humana (Galvão et al., 2006). E a inexistência de legislação para regulamentar os parâmetros e concentrações desses poluentes, é fator de preocupação mundial, principalmente pela falta de monitoramento e programas que incluam os poluentes emergentes (nome dado às novas substâncias, decorrentes dos avanços tecnológicos que ainda não se conhece seus impactos reais e potenciais) (Bila & Dezotti, 2003).
Essas substâncias são, em sua maioria, não biodegradáveis. Exigindo, assim, tratamentos mais refinados do que os tratamentos biológicos tradicionais. Com isso, se torna cada vez mais uma necessidade o desenvolvimento de processos de tratamento para estes efluentes devido à sua produção e variedade de moléculas (Napoleão, 2011).
Em consequência da baixa eficiência dos tratamentos convencionais, para os poluentes persistentes e emergentes (Campanha et al., 2015), é que se vem estudando bastante a aplicação de novas técnicas de tratamento, um exemplo, são os Processos Oxidativos Avançados (POA), os quais degradam o poluente e os transformam em subprodutos – na maioria das vezes menos tóxicos (Ahmed et al., 2016) – por meio de processos químicos e fotoquímicos. Para os estudos dessas reações são utilizados diferentes tipos de reatores, a depender das características, principalmente da fonte energética a que se dará os experimentos (Moreira et al., 2019).
. Os aterros sanitários têm sido um dos métodos mais utilizados nos últimos anos, pois é o mais econômico e ambientalmente aceitável para a disposição final dos resíduos sólidos (Iwai, 2005). Mas como um subproduto das reações químicas e biológicas que ocorrem nos aterros, são gerados lixiviados, também conhecido como chorume e subprodutos gasosos, ambos requerem atenção quanto a sua destinação, pois sua carga de contaminantes e toxicidade podem causar impactos ambientais.
Marra (2016) relata que o chorume é um líquido tóxico para os organismos aquáticos, principalmente devido às elevadas concentrações de amônia, podendo contaminar águas superficiais e subterrâneas, o que evidencia a importância da aplicação de técnicas de tratamento eficientes.
A região Metropolitana de Natal, desde 2004, encaminha seus resíduos sólidos para o Aterro Sanitário da BRASECO S/A, em Ceará-Mirim/RN. O aterro atende as legislações ambientais. Nele existe uma vazão de 14 mil litros por hora de chorume, que são tratados em lagoas de estabilização, pelo tratamento biológico predominantemente anaeróbio. Porém não reduz suficientemente seu potencial poluidor, por isso após tratamento o líquido é recirculado, com o intuito de evaporação do líquido.
Assim sendo, o trabalho aqui descrito visa fazer uma análise sobre a incidência de fótons (actinometria) do reator fotoquímico anular instalado em um laboratório do Núcleo de Pesquisa em Petróleo e Gás (NUPEG II - FOTEQ) da UFRN, e fazer testes preliminares sobre a eficiência para os tratamentos do lixiviado, com aplicação do processo foto-Fenton.
Com o objetivo principal de demonstrar a composição e características de reator fotoquímico, para aplicação em estudos ambientais de tratamentos avançados de efluente.
Além de comprovar sua eficiência fotolítica na degradação de poluentes emergentes e persistentes. Assim, possibilitando a democratização de técnicas refinadas para tratamento de efluentes e diminuição da poluição ambiental.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Com os problemas associados à contaminação ambiental, pelo despejo de efluentes sem tratamento adequado, têm surgido novas preocupações em função da contaminação envolvendo micro poluentes, considerados como emergentes (Bolong et al, 2009).
Visto que esses poluentes, ainda não são contemplados na legislação, e por serem recém-identificados, muitas informações a respeito dos mesmos são desconhecidas. Logo, são contaminantes não tratados nas atuais e convencionais estações de tratamentos, devido principalmente a suas baixas concentrações e dificuldades de análises (Schafer & Waite, 2002). Além disso, esses compostos possuem diferentes formas de mecanismos de ação, dificultando assim sua detecção e avaliação pelas matrizes ambientais (Snyder, 2000; Bolong et al. 2009)
Consequentemente, eles são diretamente lançados nos corpos hídricos, o qual, muitas vezes são os mesmos utilizados para o abastecimento público, se tornando alvo de preocupações quanto a saúde e segurança sanitária da população. Segundo a Agenda 21 (1996) 80% de todas as doenças de origem hídrica e um terço dos óbitos são relacionados com a água contaminada.
Com isto, o desenvolvimento e avaliação de novas tecnologias de tratamento se tornam necessárias. Principalmente para que haja uma viabilização do uso das mesmas. Para isso, é preciso entender e estudar alguns conceitos, que serão trabalhados neste capítulo.
2.1 Reator Fotoquímico
O tratamento avançado, o qual é indicado neste trabalho para efluentes com contaminantes não biodegradáveis, se baseia principalmente na mineralização dos poluentes por reações químicas. E para que elas ocorram, um lugar específico, pensado para que todas as condições necessárias sejam atendidas, é fundamental. Essa unidade é chamada de reator, lugar dimensionado por limites físicos específicos, projetado com o intuito de garantir a reação de forma segura e mais eficiente (Von Sperling, 1996).
Logo, reatores fotoquímicos são aqueles onde ocorrem reações fotoquímicas, ou seja, reações químicas induzidas pela incidência da luz. Porém, de acordo com Neuman & Quina (2002), todos os processos químicos que iniciados pelas moléculas eletronicamente excitadas (criação ou desativação) fazem parte da fotoquímica.
Eles podem ter suas fontes de energia natural (reatores solares) ou artificiais (na maioria das vezes com emissão de luz UV). Nos artificiais, normalmente são utilizadas
lâmpadas de vapor de mercúrio, essas são dispostas de maneira que a solução de efluentes e reagente no reator receba a maior concentração possível de fótons (Mota, 2005; Rodriguez et al., 2002).
Com isso, tanto o material constituinte, quanto à disposição dele são importantes aspectos a serem levados em consideração em um reator fotoquímico. Ainda segundo Motta (2005), muitos deles fazem uso de materiais refletores e de paredes internas cilíndricas para que essa incidência seja a maior possível.
Além do estudo citado acima, já existem vários estudos, em que são desenvolvidos ou avaliados reatores desse tipo. Um exemplo foi o estudo desenvolvido por Pereira, Rosa e Machado em 2017 que teve o objetivo de determinar as melhores condições operacionais do reator operado, com o intuito da máxima redução de COT para três contaminantes: formol, formaldeído e acetonitrila. Outro estudo foi o desenvolvido por Duarte e colaboradores (2005), que apresentam em detalhes a construção de um protótipo de reator CPC ("Compound Parabolic Concentrator").
Também é importante estudar, em adição a eficiência dos reatores, o melhor custo- benefício da aplicação dos processos, visto que um dos maiores fatores limitantes para expansão desses processos são os custos. Com esse objetivo foi sugerido por Gouvêa e colaboradores (2014) um reator fotoquímico alternativo e de baixo custo, para o pré- tratamento em escalas laboratoriais.
2.2 Actinometria
A intensidade de radiação luminosa que incide sobre o reator fotoquímico, é medida pelo método chamado de actinometria (Telemaco, 2008). Segundo Braun, Maurette &
Oliveros (1991), tendo a geometria e o espectral definidos é possível determinar a taxa de incidência de fótons, com uso desse método
De acordo com Mota (2005), o actinômetro químico é constituído de uma substância química fotossensível (fluido, gás ou sólido) que sofre reação de luz-induzida, em comprimento de onda e rendimento quântico conhecidos. De acordo com os produtos formados ou com a quantidade de reagente consumido durante o tempo de reação, pode-se calcular o número de fótons total absorvidos pelo sistema (gás, líquido ou sólido) (Telemaco, 2008).
Em um actinômetro químico, a conversão fotoquímica está relacionada diretamente ao número de fótons absorvidos, porque a ação química da luz no meio permanece ou então
há uma mudança reversível da substância química, decaimento ou formação, de moléculas e em suas propriedades como concentração ou propriedades espectrais (Mota, 2005).
2.3 Processos Oxidativos Avançados (POA)
Os processos químicos vêm ganhando aplicabilidade em sistemas de tratamento de efluentes, porém, métodos como a precipitação e a incineração, apesar de amplamente utilizados, são bastante discutíveis, devido aos subprodutos com possibilidade de maior toxicidade, além dos custos elevados (Freire et al., 2000).
Desta forma, se faz necessário o desenvolvimento de procedimentos com maior eficiência, que visem reduzir os impactos causados à natureza. Os Processos Oxidativos Avançados (POA’s) são mecanismos de degradação de poluentes por meio de espécies transitórias, como os radicais hidroxila, que se caracterizam pelo seu alto potencial oxidante.
A ação dessas espécies é capaz de transformar moléculas complexas em dióxido de carbono, água e ânions inorgânicos, apresentando a vantagem de não serem seletivos, podem degradar uma grande variedade de compostos, independente do estado físico (Teixeira & Jardim, 2004).
Devido suas características os POA’s, estão ganhando espaço nas discussões acadêmicas, visando sua aplicação em escala real. Visto que se baseiam na utilização de espécies altamente oxidantes para promover uma degradação mais efetiva do poluente a ser tratado (Brito & Silva, 2012).
Podem também ser aplicados em efluentes que apresentam recalcitrância (persistência e dificuldade de degradação) ao tratamento biológico (Pérez et al., 2002).
Segundo PIGNATELLO et al. (2006), os principais POAs são:
• Fotoquímicos: H2O2/UV, O3/UV, O3/H2O2/UV, foto-Fenton, Fotocatálise heterogênea;
• Sonoquímicos: US, O3/US, H2O2/US, Fotocatálise/US, Sono-Fenton;
• Eletroquímicos: Oxidação Anódica, Eletro-Fenton, Fotoeletro-Fenton, Sonoeletroquímico, Sonoeletro-Fenton.
Em sua tese, Telemaco (2008) fala que para que ocorra um processo oxidativo avançado precisa-se que duas reações consecutivas aconteçam: “primeiro tem que haver a
formação do agente oxidante (radical OH●) e, posteriormente, a degradação do poluente orgânico, transformando-se em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O)”.
Porém nesse processo pode também haver a formação de agentes intermediários, principalmente quando não se conhece totalmente a composição do efluente a ser tratado - que é o caso do chorume, por exemplo -, gerando assim outros tipos de produtos.
Nascimento (2017) traz que para o tratamento de efluentes líquidos são mais indicados os processos homogêneos, podendo por meio da fotólise direta degradar inúmeros contaminantes. Além de ser o mais indicado, devido a maior eficiência comprovada por inúmeros pesquisadores, como Pérez et al. (2002), Moraes et al. (2001) e Teixeira et al.
(2001), o Fenton tem uma fácil operação e manuseio. Por esse motivo o estudo de caso em questão fará teste com a aplicação de tal processo.
2.4 Processo foto-Fenton
Segundo Telemaco (2008), a reação de Fenton é considerada uma das mais promissoras alternativas para aplicação no tratamento de efluentes industriais. A afirmação acima pode ser confirmada na literatura por: Sun e Pignatello (1993); Giroto, Guardani, Teixeira & Nascimento (2006); Teixeita, Guardani & Nascimento (2002) e Will et al. 2004.
Essa reação se baseia na formação de radicais hidroxilas através da oxi-redução entre o H2O2, e Fe2+, em meio ácido (Krutzler et al., 1999; Henle et al., 1996; Kim & Vogelpohl, 1998). Porém é uma reação, que além de necessitar um controle de condições, como o pH em torno de 3 – uma vez que a formação de radicais hidroxila para pH maior que 4,0 é improvável (Gallard et al., 1998) - não é prolongada. A conversão de íon férrico a íon ferroso, conforme equação (2) é mais de 100 vezes mais lenta que a passagem de íon ferroso para íon férrico (Nascimento, 2017; Helen et al., 1996).
Descrita nas
Equação 1 e 2, onde a primeira ocorre de forma rápida e independentemente da quantidade de fótons absorvida, enquanto a segunda, o qual ocorre a catálise do Fenton (o íon ferroso é reduzido novamente), ocorre de forma mais lenta. A redução fotoquímica do Fe3+, na presença de radiação UV e visível, que pode ser observada na Equação 3, é bem mais rápida (Rossetti et al., 2002). Isso permite com que o processo seja acelerado e que mais radicais hidroxilas se formem, aumentando a taxa de degradação dos contaminantes.
Equação 1 - Reação Fenton
Equação 2 - Catálise de Fenton
Equação 3 - Redução de Fe3+
Além disso, Pignatello (1992) afirma que o foto-Fenton é fortemente aplicado no tratamento de efluentes com alta toxicidade e de difícil degradação, devido a sua alta capacidade oxidativa, que é o caso dos lixiviados de aterros sanitários.
2.5 Aterros Sanitários e produção de Lixiviados
No momento em que o ser humano deixou de ser nômade para fixar morada, iniciou- se um desequilíbrio ambiental devido ao acúmulo de lixos exceder a capacidade do planeta de se reciclar. Este, foi intensificado pela industrialização e consumismo, transformando-se em um problema universal (Braga et al., 2005). O lixo sempre foi disposto apenas como amontoados, sem nenhuma proteção ambiental. Contudo, desde 2010 com a publicação da Política Nacional de Resíduos Sólidos (Lei Nº 12305/10) foi vetado o lançamento in natura a céu aberto desses resíduos. E, com isso, o número de aterros sanitários cresceram consideravelmente.
Mesmo, segundo Andrade (2014), eles sendo uma das melhores opções para disposição de resíduos sólidos, do ponto de vista ambiental, sanitário, econômico e social, a excreção dos microrganismos decompositores dos resíduos geram compostos, complexos e tóxicos. Entre esses compostos, são encontrados inorgânicos (sais em geral e metais pesados) e orgânicos (alifáticos, cíclicos, aromáticos e poli aromáticos) que podem se apresentar na
forma sólida, líquida ou gasosa, dependendo das propriedades do composto e das condições de temperatura e pressão onde são gerados e encontrados (Silva et al., 2005; Christensen et al., 2001).
O chorume, também conhecido como lixiviado, é resultado do processo de decomposição anaeróbia da massa de resíduos, adicionado com a água precipitada que percola em aterros sanitários (Souto & Povinelli, 2013).
O efluente residual líquido, resultante de uma combinação de substâncias orgânicas e inorgânicas juntamente com microrganismos apresenta uma composição variável, uma vez que, cada estado, cidade possui suas particularidades nos quesitos econômicos, produtivos e climáticos, ocasionando montantes de resíduos diversificados (Morais, 2005). Além de outros fatores que influenciam na sua composição, como idade e forma de operação do aterro e taxa de infiltração, adicionados a produção variável a partir da quantidade de lixo acumulado e condições climáticas etc. (Farquhar, 1989).
A composição química do lixiviado varia de acordo com seu grau de maturidade, na fase jovem está representada majoritariamente por substâncias de baixa massa molar (MM
<120 g mol-1), principalmente na forma de ácidos graxos voláteis, passíveis de degradação por tratamentos biológicos convencionais, dando ênfase aos sistemas aeróbios/anaeróbios. Em sua fase madura, o mesmo apresenta uma baixa fração biodegradável, com altas concentrações de nitrogênio amoniacal (NH4+), inibindo a proliferação dos microrganismos, inviabilizando assim o tratamento biológico convencional (Morais, 2005).
O lixiviado apresenta um elevado potencial poluidor, em função da sua elevada concentração de compostos orgânicos recalcitrantes e baixa biodegradabilidade, acarretando impactos ambientais relevantes (Telles, 2010) e necessitando de atenção quando a aplicação de tratamentos.
Esse líquido oriundo da decomposição dos resíduos, recebem tratamentos físico- químicos, como floculação e coagulação, ou biológicos, os quais não estão se mostrando eficientes nesse processo de descontaminação. Visto que, esse possui uma matriz de composição tóxica e complexa (Campos et al., 2013; Gotvajn et al., 2009). Exigindo, assim, tratamentos mais refinados do que apenas os tratamentos tradicionais, como o proposto neste trabalho.
2.6 Tratamentos Aplicados ao Chorume no Brasil
Com o objetivo de compreender como está o tratamento do lixiviado no Brasil, analisando as principais técnicas utilizadas, para isso realizou-se um levantamento de estudos acadêmicos acerca das técnicas aplicadas nos aterros sanitários das capitais do país.
Diante dos estudos coletados em diferentes estados do país, foi possível a construção do Quadro 1 abordando o título do trabalho, autor, localidade do aterro, tratamento aplicado e tratamentos propostos para aumento da eficiência, bem como os resultados encontrados.
21
Quadro 1 - Estudos sobre tratamentos de chorumes realizados em diferentes estados do Brasil, período 2003-2019.
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados Degradação da matéria orgânica
presente em chorume de aterro sanitário e de ciprofloxacino por processos de oxidação avançada (SILVA, 2016)
Uberlândia- MG
Reator anaeróbio, em seguida encaminhado à ETE Uberabinha.
foto-Fenton "o processo foto-Fenton torna-se uma abordagem eficiente para a mineralização dos compostos orgânicos dissolvidos"
Coagulação (Al3+ e Fe3+)
"o processo de coagulação é eficiente para remoção de cor aparente e turbidez, mas não para
matéria orgânica."
Processos Oxidativos avançados como alternativa ao tratamento de chorume (KLAUCK;
BENVENUTI; RODRIGUES, 2014)
Vale do Rio dos Sinos, Porto Alegre
Tratamento biológico convencional,
composto por duas lagoas.
POAs integrados (ozonização e eletro- oxidação).
"o tratamento proposto
mostrou-se viável para efluentes como o chorume, atingindo valores de lançamento permissíveis
pela legislação, sem necessitar de tratamento adicional."
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados Tratamento de efluentes aplicando
combinações de processos convencionais e processos oxidativos avançados
(CIRINO;ROCHA;SILVA,2019)
Vale do
Paraíba - SP
Reator UASB UASB e foto_Fenton "Desta forma, conclui-se que o processo biológico só pode ser utilizado como pós-tratamento devido ao fato que a inserção direta do
chorume mesmo diluído no reator biológico não foi eficiente, não possibilitando então o
tratamento primário do chorume pelo tratamento biológico, mas a sequência de tratamento que apresentou melhor eficiência foi a combinação dos
processos do polímero como pré- tratamento para o reator UASB."
Avaliação do tratamento de chorume do aterro sanitário de lajeado, utilizando sistema físico- químico e osmose reversa
(ROEHRS et al, 2019).
Lajeado - RS Processo de tratamento: Lagoa de equalização,
Alcalinização,
Aeração, Coagulação, Floculação,
Não se aplica. "Os resultados demonstram altas taxas de eficiência de remoção de DBO e DQO,
possibilitando, com as condições operacionais impostas, alcançar valores médios acima de 90%"
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados Decantação, Filtro
Areia e Osmose Reversa
Avaliação de desempenho de remoção de poluentes de
lixiviados: um estudo de caso para o seistema de tratamento do aterro municipal de Betim - Minas Gerais (LIMA,2006).
Betim - MG Lagoa Anaeróbia, um reator UASB seguido de Lagoa Facultativa, todos em série.
Não se aplica. "Os resultados apontam para uma grande instabilidade do sistema de tratamento no tocante à
remoção de poluentes"
Avaliação do processo de
tratamento do chorume do Aterro Sanitário de Novo Hamburgo (TARTARI,2003).
Novo
Hamburgo - RS
Tanque de coleta com aeração forçada (Lodo Ativado)
Não se aplica. "Os resultados obtidos
mostraram que as técnicas convencionais de tratamento, utilizadas para tratamento de chorume, não
são capazes de apresentar eficiência satisfatória na remoção de metais pesados e na degradação da
matéria orgânica do chorume."
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados Avaliação do tratamento do
chorume de Aterro Sanitário por processo de coagulação/floculação com o coagulante Tanino e
Policloreto de Alumínio (PAC) (MACRUZ, 2015).
Campo Mourão - PR
Lagoa de equalização Coagulação,
floculação com a utilização do coagulante Tanino e Policloreto de Alumínio (PAC)
" ambos os coagulantes apresentaram resultados finais
satisfatórios para quase todos os parâmetros, porém, devido à complexidade do
chorume, é necessário realizar a combinação de tratamentos para obtenção de
resultados que estejam de acordo com o previsto nas legislações ambientais."
Aspectos técnicos e econômicos do tratamento combinado de lixiviado de aterro sanitário com egoto dometico em lagoas de
estabilização (SANTOS,2010).
Rio de Janeiro - RJ (Aterros de Gramacho e Gericinó)
Não se aplica - Apenas fazem uso de lagoas de acumulação.
Combinado de
lixiviado e esgoto doméstico, tratados por meio de lagoas facultativa, de maturação, aerada e de
sedimentação.
"os estudos mostraram
que o tratamento combinado do lixiviado se apresenta factível e pode ser indicado para
municípios de até 30.000 habitantes, podendo ser avaliado para municípios maiores."
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados Evaporação Natural do Lixiviado
do Aterro da
Muribeca através de um
Destilador Solar (FREIRE,2008).
Jaboatão dos Guararapes - PE (Aterro de Muribeca)
Sistema de Lagoas de Estabilização.
Destilador solar. "observou-se que o tratamento utilizado através da evaporação solar
natural, ou seja, utilizando o sol como fonte de energia, a maioria das análises ficou de
acordo com os padrões de lançamento do CONAMA 357/2005."
Caracterização físico-química do efluente líquido de um Aterro Sanitário e poroposição de sistema de tratamento avançado
(PEREIRA et al.,2017).
João Pessoa - PB (Aterro Metropolitano)
Sistema biológico composto por três tanques
de decantação, associados a duas lagoas anaeróbias e duas facultativas.
Sistema combinado por fotocatálise homogênea
(H2O2/UV) com a utilização de UV artificial e solar
"Os resultados mostraram que devido ao lixiviado em estudo apresentar características refratárias, se faz necessário a aplicação de um tratamento físico-químico para aumentar a biodegradabilidade deste efluente, o
tornando possível de ser tratado pelo sistema biológico já implantando no ASMJP.
Neste contexto, ressaltam-se os POAs como alternativa de pré-tratamento, em especial a fotocatálise
Trabalho Localidade do
aterro Tratamento aplicado Tratamento estudado Resultados encontrados
homogênea (H2O2/UV), a partir do emprego conjunto das radiações UV artificial e solar."
Avaliação do tratamento do Lixiviado de Aterro Sanitário por processo físico-químico (MAIA et al., 2019).
Sergipe -SE (Aterro de Rosário do Catete)
Não se aplica - São apenas acumulados em "bacias de acumulação".
Tratamento físico- químico
(coagulação/floculaçã o seguido de sedimentação) para mistura lixiviado- esgoto de 50%.
"A relação entre as concentrações testadas e a eficiência de remoção de cor e turbidez e o volume
de lodo gerado indicam a necessidade de se testar concentrações maiores para ambos os coagulantes."
Análise da ampliação vertical do aterro metropolitano Oeste de Caucaia - CE (ASSUNÇÃO, 2008).
Caucaia - CE Sistema de lagoas de estabilização em série, sendo duas anaeróbias e uma facultativa.
Não se aplica. Não se aplica.
Fonte: Autora (2020).
27
Foram coletados 12 estudos, incluindo teses, dissertações e artigos, conforme apresentado. Em relação aos tratamentos aplicados, dos 12 estudos analisados, 5 utilizam técnicas convencionais como as lagoas de estabilização para o tratamento do lixiviado.
Os aterros Rosário do Catete- SE e Jardim Gramacho -RJ, fazem uso de lagoas de acumulação, para em seguida realizar a recirculação. Essa técnica consiste em drenar e captar o chorume em um poço ou bacia de acumulação, e devolvê-lo para o interior do aterro.
Introduzindo o chorume através dos drenos de gases, ou através de uma rede de tubos perfurados que distribui esse líquido em canaletas escavadas na superfície do aterro FUZARO (1994).
Com a recirculação parte do chorume é evaporado, além da degradação dos poluentes pela ação dos microorganismos, presentes na parcela orgânica dos rejeitos depositados. Como a evaporação é um fator importante para a aplicação da recirculação do chorume, este processo é mais indicado para regiões com altas taxas de evaporação quando comparadas com a precipitação pluviométrica (MONTEIRO, 2001. p. 177).
Os estudos coletados em SP e MG, apresentam o tratamento por meio de reatores anaeróbios. Na cidade de Uberlândia o tratamento preliminar é feito com reator anaeróbio e depois encaminhado para ETE de Uberabinha.
O lixiviado proveniente do aterro de Betim-MG, faz o uso de técnicas combinadas:
Lagoa Anaeróbia, um reator UASB seguido de Lagoa Facultativa, todos em série. Porém em relação a eficiência do tratamento essa se apresentou com certa instabilidade quanto a remoção dos poluentes.
O município de Lajeado -RS, também faz a utilização de técnicas integradas para o tratamento, com a seguinte combinação: Processo de tratamento: Lagoa de equalização, Alcalinização, Aeração, Coagulação, Floculação, Decantação, Filtro Areia e Osmose.
Segundo ROEHRS et al (2019) os resultados demonstraram altas taxas de eficiência de remoção de DBO e DQO, possibilitando, com as condições operacionais impostas, alcançar valores médios acima de 90%.
Diante dos estudos coletados, alguns autores fizeram propostas da aplicação de outros tratamentos, como o estudo realizado em Jaboatão do Guararapes - PE, no qual o aterro atualmente tem a aplicação de lagoas de estabilização e no estudo foi proposto a inserção da evaporação natural por meio de destilador solar. Segundo dados da autora no tratamento utilizado por meio da evaporação natural, mais de 50% das análises ficaram de acordo com os padrões de lançamento exigidos pela legislação CONAMA 357/2005 (FREIRE,2008).
Outros estudos também fizeram a proposição de técnicas combinadas utilizando coagulação com (Al3+ e Fe3+). De acordo com SILVA (2016) o processo de coagulação é eficiente para remoção de cor aparente e turbidez, mas não para matéria orgânica, sendo necessário uma etapa seguinte.
Como pode ser observado, uma técnica de tratamento que também vem ganhando espaço nas discussões acadêmicas para o tratamento de efluentes de alta toxicidade são os POAs. Com os avanços experimentais e análises dos parâmetros de qualidade, a literatura destaca a necessidade da adoção de novas técnicas, pensando na integração para uma melhor remoção da carga poluidora.
Quanto aos estudos coletados é notável a aplicação em sua maioria, das técnicas ditas convencionais, porém dada a complexidade do efluente e com o aumento acelerado das populações, atrelado ao crescimento exponencial dos resíduos, se faz necessário a adoção de técnicas que possibilitem maior eficiência no tratamento, evitando riscos de contaminação dos lençóis freáticos, solo e ar. Contribuindo assim, para um desenvolvimento sustentável.
3. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Neste trabalho foram realizados os experimentos de actinometria, para definição do fluxo de absorção dos fótons, e aplicação do Processo Oxidativo Avançado foto-Fenton em reator tubular para tratamento do Chorume produzido no aterro sanitário localizado na região metropolitana de Natal/RN. Em relação os testes com efluentes, foi aplicado o planejamento experimental seguindo o modelo estatístico 2k.
Além disso, e com base no objetivo do trabalho, foi realizado um levantamento bibliográfico, a partir da coleta e análise de referências publicadas em diversos meios eletrônicos de divulgação científica do país, abordando o desenvolvimento e avaliação de reatores fotoquímicos, parâmetros e controles ambientais para efluentes e poluentes emergentes, tratamentos aplicados ao tipo de efluente estudado. Para auxiliar na análise, discussão e melhor visualização dos resultados coletados, serão construídas tabelas, gráficos e outros recursos visuais.
3.1 Reator Fotoquímico
Os experimentos foram realizados no Núcleo de Ensino e Pesquisa em Petróleo e Gás - NUPEG, laboratório de fotoquímica. O reator avaliado consiste em um reator fotoquímico tubular com capacidade total de 1,5L. Volume esse, correspondente ao volume iluminado junto ao volume do tanque de recirculação e mangueiras de conexão, como pode ser observado na Figura 1Erro! Fonte de referência não encontrada.. A região iluminada é formada por um par de calhas fechadas com lâmpada fluorescente montadas em série. Cada calha contém um tubo de quartzo e uma lâmpada UVC (T8 BL LE de 40W), elas são revestidas internamente por uma chapa parabólica com a função de direcionar o máximo de fótons na direção do tubo de quartzo. Os tubos de quartzo, onde contém o volume iluminado, correspondem ao volume de 462mL. E a bomba de recirculação uma vazão de 3 L.min-1.
Figura 1 - Reator tubular do usado no presente estudo.
Fonte: Autora (2020).
3.2 Experimento de Actinometria
Para realização do experimento foi utilizada a metodologia utilizada por Mota (2005), indicada por Will (2003). Nas Tabela 1Tabela 2, estão dispostos os materiais utilizados na realização do experimento (vidrarias e reagentes).
Tabela 1 - Lista de vidraria necessária para o experimento da actinometria.
QUANTIDADE TIPO DE VIDRARIA
1 Béquer encapado – 1L
1 Béquer – 10mL
3 Béquer – 500mL
2 Béquer encapado – 250mL
1 Funil de plástico
4 Espátulas
1 Vidro de relógio encapado
1 Balão encapado – 1L
1 Barra magnética agitadora
1 Proveta – 1L
1 Pipeta – 50mL
1 Pipeta – 5mL
Fonte: Autora (2020).
Tabela 2 - Lista de reagentes para experimento de actinometria.
NOME DO REAGENTE COMPOSIÇÃO
FENANTROLINA C12H8N2
ÁCIDO ACÉTICO CH3COOH ou CH3COOH.3H2O
ÁCIDO OXÁLICO H2C2O4.2H2O
ACETATO DE SÓDIO CH3COONa
SULFATO FÉRRICO PENTAHIDRATADO
Fe2(SO4)3.5H2O
SULFATO FERROSO HEPTAHIDRATADO
FeSO4.7 H2O
Fonte: Autora (2020).
Para realização do experimento foi necessária a preparação de duas soluções, cuja composição estão descritas nas
Tabela 3Tabela 4. A seguir são apresentados os passos seguidos para realização do experimento.
1º Passo: Solução – A
Tabela 3 - Solução Complexante (A).
REAGENTE CONCENTRAÇÃO
ÁCIDO ACÉTICO 0,5M
FENANTROLINA 0,01M
ACETATO DE SÓDIO 0,5M
Fonte: Autora (2020).
1. Em balão encapado de 1L e colocou-se, à seco, o acetato (utilizando o funil de plástico);
2. Num béquer encapado (de 250mL), colocou-se aproximadamente 50mL de água destilada + ácido acético, e, após a fenantrolina1;
3. Acrescentou-se o conteúdo do béquer ao balão com o acetato, e o avolumou;
4. Colocou-se o balão no ultra-som até o acetato diluir totalmente.
2º Passo: Solução – B
2Fe3+ + C24O2- → 2Fe2+ + 2CO2
Tabela 4 - Solução para o reator (B), para o volume de 3 litros
REAGENTE CONCENTRAÇÃO
ÁCIDO OXÁLICO 0,75mol/L
CLORETO FÉRRICO 0,15mol/L
Fonte: Autora (2020).
1. Acrescentou-se a um recipiente uma porção de água destilada + ferro III + ácido oxálico;
2. Colocou-se no agitador magnético com aquecimento até diluir totalmente.
1 Dissolver a massa em 100ml (ou mais) de água sob agitação, a 80ºC (não ferver); descartar se escurecer; O aquecimento é desnecessário, adicionando-se 2 gotas de HCl.
3. Avolumou-se para o volume desejado (1,5L);
3º Passo: Experimento (feito em ambiente fechado com as luzes apagadas)
1. Despejou-se o conteúdo do balão (A) num béquer (para facilitar a transferência) e acrescentou-se em cada frasco (18 balões) 20mL de solução complexante (A);
* Guardar os frascos em ambiente escuro enquanto não começa o experimento;
2. Colocou-se a solução (B) no reator; acionou-se a bomba de circulação e a lâmpada, dando início ao tempo reacional; deixou-se o nitrogênio borbulhando no tanque de mistura durante o experimento;
3. Coletou-se amostras de 0,20 ml nos intervalos 0, 15, 30, 45, 60,90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 360, 420, 480, 540, 600 (s); nas amostradas coletadas se adicionou a solução complexante e deixou em repouso por 1h;
4. Analisou-se no espectrofotômetro. Leitura em λ=510 nm (cubeta de quartzo);
zerar com água destilada.
4º Passo: Curva de Calibração
1. Preparou-se uma curva de 0 a 3,2mM de Fe2+ (0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2mM);
2. Transferiu-se para um balão (de 25mL), 0,20mL da solução de Fe2+ e 20mL da solução complexante (A), e deixou em repouso por 1 h, no escuro;
3. Liou-se em 510nm.
5º Passo: Cálculos
Com os resultados das leituras e curva de calibração e as informações, fornecidas pelo fabricante, da lâmpada (picos de potências e rendimento quântico) e do tubo de quartzo (transmitância) foram realizados os cálculos para obtenção do número de fóton por segundo emitidos por cada lâmpada, através das Equação 1 e Equação 2, retiradas da tese de Mota (2005).
Equação 4 - Potência radialmente incidente (W) do reator.
Equação 5 - Fluxo absorvido.
Na Equação 4, Linc representa a potência radialmente incidente, em watts, do reator, que é dependente da potência relativa para cada comprimento de onda (Se), da transmitância da parede do tubo de quartzo (T), do rendimento da lâmpada (fluxo) e a energia emitida por um fóton (E). Que multiplicada pelo somatório da razão entre a potência multiplicada pela transmitância pela energia para cada comprimento de onda resulta no fluxo de fótons absorvidos pelo sistema. O que possibilita a comparação com os resultados obtidos por Mota (2005).
3.3 Procedimento Experimental – Tratamento do Chorume
Para os experimentos testes, o qual o potencial redutor de carga orgânica do reator para reações foto-Fenton foi avaliado, e que podem servir como testes preliminares para determinação de concentrações ótimas dos reagentes para degradação do chorume, seguiu-se os seguintes procedimentos:
1. Preparo de solução Inibidora (KI + NaOH + Na2SO3 - 0,1M de cada componente);
2. Preparação das amostras – ajustar pH, com solução de Ácido Sulfúrico até que se aproxime de 3 (valor ótimos definido em estudos da área);
3. Preparo da solução de peróxido conforme concentração desejada;
4. Preparo da solução de Fe, também nas concentrações desejáveis, conforme planejamento experimental;
5. A reação ocorreu no reator estudado, após a inserção das soluções (efluente e reagentes – H2O2 e Fe2+) acionou-se a bomba de circulação e as luzes. Para então iniciar a contagem do tempo de reação;
6. Após a retirada das alíquotas, Figura 2, correspondentes aos tempos de reação (em minutos): 0, 2, 5, 10, 20, 30, 45, 60, 90 e 120, adicionou-se a solução inibidora nas amostras para cessar a reação Fenton;
7. E então as amostras foram levadas para análise definida – Demanda Química de Oxigênio (DQO) e Teor de Carbono Orgânico (TOC).
Figura 2 - Vails preparados para leitura de amostras.
Fonte: Autora (2020).
3.4 Demanda Química de Oxigênio (DQO)
Para encontrar os valores de DQO tanto do efluente bruto quanto das alíquotas tratadas utilizou-se o método colorimétrico. O qual para encontrar os valores referente à absorbância, foi realizado previamente o mesmo procedimento para uma solução padrão de bifitalato de potássio que possui valores pré-determinados de DQO, assim é obtida a curva padrão para 1000 ppm de DQO.
Na análise, usando uma ampola padrão de 10 mL foram adicionadas 1,5 mL da solução de digestão, 2,5 mL da amostra e 3,5mL de reagente de ácido sulfúrico. A solução foi posta em bloco digestor a 150°C durante 2 horas, após o resfriamento é realizada a leitura. A mesma foi feita em espectrofotômetro, em comprimentos de onda de 400-800 nm, contudo, os valores de absorbância para 600 nm foram escolhidos como padrão, conforme o Método Colorimétrico: DR2000 – Curva Padrão Inserida no. 955 – Standard Methods 5220 D.
Para esse procedimento o branco foi realizado utilizando água destilada como “zero”
para a leitura do espectrofotômetro. Os demais valores de DQO e seus referentes volumes de medida de solução padrão são sinalizados na Tabela 5.
Tabela 5 - Concentração de DQO para leitura de absorbância.
CONCENTRAÇÃO DE DQO (MG O2/L)
VOLUME DA SOLUÇÃO PADRÃO PARA AFERIR 110 ML
0 0
50 10
100 20
200 40
300 60
400 80
500 100
Fonte: Autora (2020).
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo, realizamos uma avaliação do desempenho fotolítico do reator fotoquímico tubular por meio da comparação dos resultados obtidos no experimento de actinometria realizado e dos resultados encontrados por Mota (2005).
Além disso, também foram realizados testes preliminares, por meio de experimentos realizados no reator estudado, no qual foi avaliado a degradação do Chorume, por meio de análises de DQO e TOC.
4.1 Avaliação do Reator Tubular - Actinometria
Como citado na metodologia para realização dos cálculos, foi necessário fazer previamente uma curva de calibração, cujo resultados obtidos com a leitura das amostras estão na Tabela 6Tabela 6 e a curva com a equação gerada no Gráfico 1.
Tabela 6 - Resultados da Curva de calibração, feita para actinometria.
Fonte: Autora (2020).
AMOSTRA [FE2+] [FE2+] [FESO4] M [FESO4] ABS (mM) (g) (mM) (g) (510 nm)
1 0.00 0.0000 0.00 0.0000 0.000
2 0.01 0.0008 0.01 0.0042 0.013
3 0.02 0.0017 0.02 0.0083 0.015
4 0.03 0.0025 0.03 0.0125 0.036
5 0.04 0.0034 0.04 0.0167 0.050
6 0.05 0.0042 0.05 0.0209 0.088
7 0.10 0.0084 0.10 0.0417 0.201
8 0.20 0.0168 0.20 0.0834 0.402
9 0.40 0.0335 0.40 0.1668 0.793
10 0.80 0.0670 0.80 0.3336 1.930
11 1.60 0.1340 1.60 0.6672 3.734
12 3.20 0.2681 3.20 1.3344 7.216
Gráfico 1 - Curva de calibração, com equação e R² do expermento de Actinometria.
Fonte: Autora (2020).
Os resultados obtidos no espectrofotômetro podem ser observados na tabela 6, a qual nos permite a obtenção da seguinte equação linear: y = 4E-06x + 0,0002, sendo “y” a medida da concentração de Fe2+ (mol/L) e “x” o tempo (s) da reação.
Tabela 7 - Resultados do experimento de actinometria.
AMOSTRA TEMPO ABS [FE2+] [FE2+] CONVERSÃO (S) (510 NM) (MMOL/L) (MOL/L) (%)
0 0 0,0000 0,0000 0,0000 0,00
1 0 0,1674 0,3595 0,0004 0,24
2 15 0,1712 0,3681 0,0004 0,25
3 30 0,1886 0,4079 0,0004 0,27
4 45 0,2111 0,4592 0,0005 0,31
5 60 0,2314 0,5056 0,0005 0,34
6 90 0,2422 0,5303 0,0005 0,35
7 120 0,2974 0,6563 0,0007 0,44
8 150 0,3548 0,7874 0,0008 0,52
9 180 0,4071 0,9068 0,0009 0,60
10 210 0,4150 0,9249 0,0009 0,62
11 240 0,4770 1,0664 0,0011 0,71
12 270 0,5837 1,3101 0,0013 0,87
13 300 0,6791 1,5279 0,0015 1,02
y = 2,2835x - 0,0228 R² = 0,9992
0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
Absorbância (510 nm)
[Fe2+] (mM)
Curva de calibração
AMOSTRA TEMPO ABS [FE2+] [FE2+] CONVERSÃO (S) (510 NM) (MMOL/L) (MOL/L) (%)
14 360 0,8732 1,9712 0,0020 1,31
15 420 0,9580 2,1648 0,0022 1,44
16 480 1,0395 2,3509 0,0024 1,57
17 540 1,0661 2,4116 0,0024 1,61
18 600 1,0983 2,4852 0,0025 1,66
Fonte: Autora (2020).
Para o volume utilizado (1,5L), foi encontrada uma taxa de variação de incidência de fótons Po de 3,02E+18 fótons/s para 2 lâmpadas, ou seja 1,51E+18 fótons/s por lâmpada.
Com o intuito de melhor entendimento, em termos de avaliação de desempenho, foi feita uma comparação do reator estudado no presente estudo (Figura 3) ao reator proposto por Mota (2005), que pode ser observado na Figura 4.
Figura 3 - Esquema de um reator em escala laboratorial. (1) Entrada de reagentes e de efluente; (2) Tanque de recirculação; (3) Mangueiras de silicone expostas à radiação solar; (4)
Calhas do reator fotoquímico; (5) Bomba de recirculação; (6) Válvula para a retirada de amostras.
Fonte: Nascimento (2017).
Figura 4 - Esquema de reator fotoquímico multi-lâmpadas, proposto por Mota.
Fonte: Mota (2005).
De acordo com os resultados obtidos (Figura 5) por Mota (2005), o reator estudado apresenta uma eficiência duas vezes maior em termos de número de fótons por segundo, provavelmente, devido ao aproveitamento da incidência direta de radiação e da radiação refletida.
Figura 5 - Comparação dos resultados obtidos na actinometria do estudo e de Mota (2005).
Fonte: Autora (2020).
Outro fator importante, quanto a eficiência, é o volume de efluente em contato com a radiação, visto que cada tubo do reator proposto apresenta volume iluminado de 231 mL, ou seja, para 12 lâmpadas teríamos 2772 mL de volume iluminado, enquanto o reator de Mota (2005) apresenta volume iluminado de 706,5 mL. Verifica-se que o volume útil tratado pelo mesmo número de lâmpadas é 4 vezes maior no reator tubular, indicando a possibilidade de uma eficiência total 8 vezes maior. Porém de faz necessário a realização de testes com efluentes similares ao utilizados por Mota (2005), para que a eficiência de degradação fosse também avaliada. O esquema do reator usado na comparação pode ser observado na Figura 4.
Portanto, pode-se afirmar que a incidência de fótons é linear e diretamente proporcional ao número de lâmpadas utilizadas. Porém a eficiência, em relação aos processos fotoquímicos, não é diretamente ligada a quantidade de lâmpadas aplicadas na reação e sim a disposição das mesma e a forma a qual estão sendo trabalhadas. Bem como, os materiais aplicados.
No reator utilizado em pesquisas realizadas no NUPEG II, os materiais empregados proporcionam uma eficiência igual ou superior ao apresentado na tese de Mota (2005). Como também, são mais práticos e econômicos, sendo os materiais utilizados em sua construção de fácil acesso, sua maioria comercial disponível em materiais de construção.
Outra vantagem da disposição, em que se foi montado o reator aqui avaliado, é a sua fácil adaptação e execução com o uso da energia solar. Acarretando um custo, ainda mais baixo para montagem e manuseio, devido a não utilização das lâmpadas, e uma maior viabilização para aplicação em larga escala.
4.2 Tratamento do Chorume
Foi realizado um planejamento experimental para o tratamento do Chorume, a proposta foi reduzir a toxicidade e a complexidade dos compostos. Uma vez que o chorume produzido no aterro de Natal tem alta toxicidade, por causa da composição natural do lixo e também pela recirculação, que aumenta ainda mais as concentrações dos compostos.
É importante relatar que para iniciar o procedimento experimental houve muito trabalho no ajuste do pH, visto que o indicado para o processo foto-Fenton é próximo de 3, e o do efluente bruto era em torno de 9. No ajuste, com a adição de ácido sulfúrico, ouve a geração de muita espuma (Figura 6), além de ser necessário um volume considerável de ácido.
Figura 6 - Aferição de pH.
Fonte: Autora (2020).
4.2.1 Parâmetro de análise - DQO
Inicialmente, com o intuito de analisar a degradação do efluente, foi feita uma análise por meio do parâmetro da Demanda Química de Oxigênio (DQO). Parâmetro amplamente utilizado para a caracterização de efluentes, principalmente por sua facilidade analítica e por apresentar um balanço de elétrons e energia entre o substrato orgânico, biomassa e oxigênio utilizado. A DQO mede a quantidade de oxigênio necessária para mineralizar compostos orgânicos biodegradáveis e não biodegradáveis em condições controladas (Teixeira e Jardim, 2004). Ou seja, ela reflete a quantidade total de compostos oxidáveis. Porém, ele não diferencia a matéria orgânica biodegradável da inerte, o que leva a interferências nos resultados analíticos, como a presença de cloretos, manganês, entre outros. A fração de DQO inerte, representando a fração não biodegradável, passa pelo tratamento inalterada, mascarando o resultado de tratabilidade biológica e, dessa forma, dificultando o estabelecimento de um critério de limitação expresso em termos de DQO (LANGE;
AMARAL, 2009).
No método descrito a definição da curva de calibração (Gráfico 2), é imprescindível para a análise dos resultados, tomando como base valores de absorbância referente a valores conhecidos de DQO.
Gráfico 2 - Curva de Calibração para DQO.
Fonte: Autora (2020).
y = 0,0004x + 0,0149 R² = 0,9873
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
0 200 400 600 800 1000
Absorbância
Concentração
