Peroxicoagulação Eletroquímica em Percolado

O documento inicia abordando a problemática do chorume gerado pela decomposição de resíduos em aterros sanitários. Destaca-se a natureza poluente deste efluente, com características prejudiciais ao meio ambiente, incluindo metais pesados, compostos tóxicos e matéria orgânica recalcitrante. São mencionados os tratamentos biológicos, muitas vezes ineficientes devido à complexidade do chorume, e a crescente importância dos Processos Eletro-Oxidativos Avançados (PEOAs) como alternativa. Os PEOAs são apresentados como uma solução promissora devido à sua capacidade de degradar compostos orgânicos, mesmo os recalcitrantes, através da geração de radicais hidroxila (OH•), que reagem de forma não-seletiva, convertendo poluentes em CO2, H2O e íons inorgânicos. A pesquisa se justifica pela necessidade de métodos eficientes e sustentáveis para o tratamento deste efluente, atendendo às legislações ambientais.

O estudo se concentra na Peroxicoagulação Eletroquímica (PCE) como um PEOA específico para o tratamento de chorume. A PCE é detalhada como um processo baseado em reações de Fenton, onde a geração de radicais hidroxila (OH•) ocorre pela reação entre íons ferrosos (Fe²⁺) e peróxido de hidrogênio (H2O2). Os íons Fe²⁺ são fornecidos continuamente por um ânodo de sacrifício, enquanto o H2O2 é gerado pela redução do oxigênio. O texto menciona reações paralelas indesejadas, destacando a importância da otimização das variáveis do processo, tais como o pH da solução (mantido em ~4 neste estudo), a concentração inicial de H2O2 e a intensidade de corrente elétrica. Um eletrodo híbrido, composto de placas de alumínio e ferro, é utilizado, sendo que cada material contribui para a geração de íons metálicos que atuam na oxidação e coagulação dos poluentes. A escolha do material dos eletrodos é justificada pela sua eficiência e custo, e os íons metálicos com maiores cargas na camada de valência são preferíveis.

A metodologia empregada é a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), baseada em 10 corridas experimentais. As variáveis independentes são a concentração inicial de H2O2 (mg L⁻¹) e a intensidade de corrente (A). As variáveis resposta são a porcentagem de remoção de absorbância a 254 nm e a turbidez. A taxa de injeção de ar foi mantida constante em 1,6 L min⁻¹. O estudo utilizou um reator de escala laboratorial em batelada, com um béquer de borossilicato de 1000 mL e o eletrodo híbrido descrito anteriormente. As amostras foram coletadas em diferentes tempos de reação (0, 5, 15, 30, 45, 60, 90 e 120 minutos), centrifugadas e analisadas para determinar os parâmetros de absorbância, cor, turbidez e o residual de H2O2. A inversão da polaridade dos eletrodos a cada 15 minutos visou prevenir a passivação.

Utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), o estudo identificou as condições ótimas para o processo de Peroxicoagulação Eletroquímica (PCE) no tratamento de chorume. A MSR, baseada em 10 corridas experimentais, considerou a concentração inicial de H2O2 e a intensidade da corrente como variáveis independentes, e a porcentagem de remoção de absorbância a 254 nm e a turbidez como variáveis resposta. Mantendo o pH constante em aproximadamente 4 e a taxa de injeção de ar em 1,6 L min⁻¹, o estudo descobriu que a combinação ideal era de 1283 mg L⁻¹ de H2O2 e uma intensidade de corrente de 1,6 A. Sob essas condições, foram observadas altas taxas de remoção: 83% para absorbância e 91% para turbidez em um tempo de eletrólise de 60 minutos. Esses resultados demonstram a eficácia do processo de PCE otimizado na remoção de poluentes do chorume.

Após a otimização, uma Análise de Variância (ANOVA) foi realizada para avaliar a significância estatística das variáveis independentes (concentração de H2O2 e intensidade de corrente) sobre as variáveis dependentes (remoção de absorbância e turbidez). O teste, com um nível de confiança de 95% (p < 0,05), confirmou a influência significativa dessas variáveis nos resultados. A hipótese nula foi rejeitada, indicando que as variações na concentração de H2O2 e intensidade da corrente causaram diferenças significativas na eficiência de remoção. A análise apontou a significância das interações lineares das variáveis para a remoção de absorbância e também a significância linear e quadrática da intensidade de corrente e a significância linear da concentração de H2O2 para a remoção da turbidez. A proximidade entre valores previstos pelo modelo e os valores observados experimentalmente confirmou a boa adequação e reprodutibilidade do modelo utilizado.

O estudo analisou a influência individual da intensidade de corrente e da concentração de H2O2 na eficiência do processo. Observou-se que altas intensidades de corrente (4,3 A) levaram a uma menor porcentagem de remoção, possivelmente devido à passivação mais rápida dos eletrodos e consumo acelerado de H2O2, prejudicando a geração de radicais OH•. A geração de reações parasitárias com OH• em correntes elevadas também é mencionada como fator contribuinte. Para uma concentração fixa de H2O2 (1000 mg L⁻¹), correntes menores (0,7 e 2,5 A) apresentaram remoções semelhantes para absorbância (~80%), cor (~83%) e remoção de H2O2 (~99%), enquanto a turbidez mostrou melhor remoção (93%) com uma corrente intermediária (2,5 A) em 120 minutos. Em relação à concentração de H2O2, o estudo sugere que, para uma intensidade de corrente de 1,5 A, concentrações menores são mais recomendáveis, considerando-se a relação custo-benefício e o efeito sequestrante de OH• pelo excesso de H2O2.

O estudo investigou a influência da concentração inicial de H2O2 e da intensidade de corrente no processo de Peroxicoagulação Eletroquímica (PCE). A análise de variância (ANOVA) com intervalo de confiança de 95% (p<0,05) mostrou que ambas as variáveis têm impacto significativo na remoção de absorbância a 254 nm e turbidez do chorume. Para a absorbância, as interações lineares entre as variáveis foram significativas. No caso da turbidez, a influência foi observada tanto na função linear da concentração de H2O2 quanto nas funções linear e quadrática da intensidade de corrente. Observa-se que a magnitude da influência é diretamente proporcional ao valor da interação entre as variáveis, demonstrando a complexa inter-relação entre os parâmetros do processo de PCE e sua eficiência na remoção dos poluentes do chorume.

O estudo realizou uma análise de custo do processo de PCE, considerando o tempo de eletrólise (60 minutos), a intensidade de corrente (1,6 A), o volume de efluente tratado (0,8 L), o custo da energia (R$ 0,71/kWh) e o custo do material dos eletrodos (baseado em De Pauli et al., 2012). O custo total estimado para o processo otimizado foi de aproximadamente R$ 11 por m³ de chorume tratado, considerando o custo de energia e o consumo de H2O2 (1283 mg L⁻¹, a R$ 2,14/litro, segundo Solvay, 2017). Um cálculo comparativo, utilizando uma intensidade de corrente de 4 A, resultou em um custo estimado de aproximadamente R$ 18 por m³, demonstrando a significativa redução de custos proporcionada pela otimização dos parâmetros do processo. É importante ressaltar que esta análise considerou apenas o custo direto, excluindo custos indiretos como mão de obra e manutenção, que seriam relevantes em uma aplicação em escala industrial. A inclusão do consumo de H2SO4 e NaOH, embora pequena em escala laboratorial, seria crucial em uma análise de custo para implementação industrial.

O estudo conclui que a Peroxicoagulação Eletroquímica (PCE) se mostra uma técnica eficiente para o tratamento de chorume de aterros sanitários, alcançando altas taxas de remoção de poluentes. As condições otimizadas do processo, determinadas pela Metodologia de Superfície de Resposta (MSR), resultaram em 83% de remoção de absorbância a 254 nm e 91% de remoção de turbidez em apenas 60 minutos de eletrólise. Esses resultados demonstram a viabilidade da PCE como alternativa para a remediação ambiental de efluentes de aterros, contribuindo para minimizar os impactos negativos do descarte de chorume em corpos hídricos. A utilização de um eletrodo híbrido de alumínio e ferro se mostrou eficaz na geração dos íons metálicos necessários para a oxidação e coagulação dos poluentes presentes no chorume.

A eficácia da PCE no tratamento de chorume apresenta importantes implicações ambientais e econômicas. Do ponto de vista ambiental, a técnica contribui para a minimização dos impactos negativos associados ao descarte deste efluente poluente, contribuindo para a preservação da qualidade da água. Em termos econômicos, a otimização dos parâmetros do processo, através da MSR, resultou em uma significativa redução dos custos. A estimativa de custo para o processo de PCE nas condições ótimas foi de aproximadamente R$ 11 por m³, valor consideravelmente inferior ao estimado para condições não otimizadas (aproximadamente R$ 18 por m³). Essa redução de custo, aliada à alta eficiência do processo, demonstra a viabilidade econômica da PCE em comparação com outras tecnologias de tratamento de chorume. O estudo ressalta a necessidade de se considerar também os custos indiretos na avaliação completa da viabilidade econômica em escala industrial.

Os resultados obtidos demonstram que o tratamento de chorume por PCE está em conformidade com as legislações ambientais vigentes, como as Resoluções CONAMA 357/2005 e CONAMA 430/2011. A pesquisa demonstra o potencial da PCE como uma tecnologia eficaz e economicamente viável para o tratamento de chorume, contribuindo para o cumprimento das normas ambientais e para a gestão sustentável de resíduos sólidos. A pesquisa abre perspectivas para estudos futuros que aprofundem a análise de custo considerando-se fatores não incluídos na estimativa inicial, como os custos indiretos de operação e a análise de outros parâmetros e variáveis que poderiam otimizar ainda mais o processo. A aplicação em escala piloto e industrial, bem como a adaptação para diferentes tipos de chorume, também são indicadas como direções promissores para pesquisas futuras.