Conciliação entre modelos de mecanismos avançados de oxidação eletroquímica

Many pollutants dumped in waterways, such as dyes and pesticides, have become so ubiquitous that they represent a serious threat to human health. The electrochemical oxidation is presented as an alternative clean, efficient and economic degradation of wastewater containing organic compounds and a number of advantages of this technique is to just not make use of chemical reagents, since only electrical energy is consumed during the removal of pollutants organic. However, despite being a promising alternative, still needs some tweaking in order to obtain better efficiency in the elimination of persistent pollutants. Thus, this study sought a relationship between a recently discovered phenomenon that reflects the participation of dissolved oxygen in solution in the electrochemical oxidation process, as an anomaly, present a kinetic model that shows instantaneous current efficiency (ICE) above 100% limited by theory, manifested for some experiments with phenolic compounds with H2SO4 or HClO4 as supporting electrolyte with electrodes under anodic oxidation on boron doped diamond (BDD). Therefore it was necessary to reproduce the data ICE exposes the fault model, and thus the 2-naphthol was used as phenolic compound to be oxidised at concentrations of 9, 12 and 15 mmol L-1, and H2SO4 and HClO4 to 1 mol L-1 as a supporting electrolyte under a current density of 30 mA cm-2 in an electrochemical reactor for continuous flow disk configuration, and equipped with anodes DDB at room temperature (25 oC). Experiments were performed using N2 like as purge gas for eliminate oxygen dissolved in solution so that its influence in the system was studied. After exposure of the anomaly of the ICE model and investigation of its relationship with dissolved O2, the data could be treated, making it possible for confirmation. But not only that, the data obtained from eletranálise and spectroscopic analysis suggest the involvement of other strongly oxidizing species (O3 (ozone) and O radicals and O2 -), since the dissolved O2 can be consumed during the formation of new strong oxidizing species, not considered until now, something that needs to be investigated by more accurate methods that we may know a little more of this system. Currently the performance of the electrocatalytic process is established by a complex interaction between different parameters that can be optimized, so it is necessary to the implementation of theoretical models, which are the conceptual lens with which researchers see

Processo de tratamento de efluentes têxteis por oxidação fotoeletrocatalítica e respectivo eletrodo semicondutor de ti/ti02

O objeto da presente patente é um reator fotoeletrocatalítico operando com eletrodos nanoporosos ou nanotubulares de Ti/TiO~ 2~ como fotoanodos, uma rede de platina como cátodo para oxidação fotoeletrocatalítica de efluentes coloridos, sob densidade de corrente constante e irradiação de luz UV, utilizado no tratamento de águas de rejeito contendo corantes ácidos, básicos, dispersos, reativos e agentes dispersantes e efluentes coletados de indústrias têxteis. Ambos os eletrodos mostraram uma performance acima dos métodos usuais removendo não apenas a coloração, mas processando grande mineralização dos diversos tipos de corantes, surfactantes etc. em efluentes da industria têxtil.

Aplicação de tecnologias eletroquímicas (oxidação via radicais hidroxila, oxidação mediada via cloro ativo e eletrocoagulação) para o tratamento de efluentes reais ou sintéticos

In this work the degradation of real and synthetic wastewater was studied using electrochemical processes such as oxidation via hydroxyl radicals, mediated oxidation via active chlorine and electrocoagulation. The real effluent used was collected in the decanter tank of the Federal University of Rio Grande do Norte (ETE-UFRN) of Effluent Treatment Plant and the other a textile effluent dye Ácido Blue 113 (AB 113) was synthesized in the laboratory. In the electrochemical process, the effects of anode material, current density, the presence and concentration of chloride as well as the active chlorine species on site generated were evaluated. Electrodes of different compositions, Ti/Pt, Ti/Ru0,3Ti0,7O2, BDD, Pb/PbO2 and Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 were used as anodes. These electrodes were subjected to electroanalytical analysis with the goal of checking how happen the anodic and cathodic processes across the concentrations of NaCl and supporting electrolyte used. The potential of oxygen evolution reaction were also checked. The effect of active chlorine species formed under the process efficiency was evaluated by removing the organic matter in the effluent-ETE UFRN. The wastewater treatment ETE-UFRN using Ti/Pt, DDB and Ti/Ru0,3Ti0,7O2 electrodes was evaluated, obtaining good performances. The electrochemical degradation of effluent-UFRN was able to promote the reduction of the concentration of TOC and COD in all tested anodes. However, Ti/Ru0,3Ti0,7O2 showed a considerable degradation due to active chlorine species generated on site. The results obtained from the electrochemical process in the presence of chloride were more satisfactory than those obtained in the absence. The addition of 0.021 M NaCl resulted in a faster removal of organic matter. Secondly, was prepared and characterized the electrode Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 according to what the literature reports, however their preparation was to disk (10 cm diameter) with surface area and higher than that described by the same authors, aiming at application to textile effluent AB 113 dye. SEM images were taken to observe the growth of TiO2 nanotubes and confirm the electrodeposition of PbO2. Atomic Force Microscope was also used to confirm the formation of these nanotubes. Furthermore, was tested and found a high electrochemical stability of the electrode Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 for applications such as long-term indicating a good electrocatalytic material. The electrochemical oxidation of AB 113 using Ti/Pt, Pb/PbO2 and Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 and Al/Al (electrocoagulation) was also studied. However, the best color removal and COD decay were obtained when Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 was used as the anode, removing up to 98% of color and 92,5% of COD decay. Analysis of GC/MS were performed in order to identify possible intermediates formed in the degradation of AB 113.

Aplicação da oxidação eletroquímica no tratamento de efluentes contendo corantes reativos utilizando Ti/Pt e Ti/Pt-SnSb

The textile effluents are a complex mixture of many pollutants that contain high organic loads, severe color and toxic compounds. The high concentration of the textile effluent may cause increased chemical demand (COD) and biochemical (BOD) of oxygen, elevated temperature, acidity or alkalinity, causing damage and environmental problems. In addition to representing a serious threat to human health such effluent is also quite toxic to most aquatic organisms. And for this reason, one must meet the concentration limits for emission sources and sewage system. This study aimed to investigate the performance of electrochemical treatment of a textile effluent for the removal of color, turbidity, dissolved oxygen (DO) and dissolved organic matter by investigating the influence of experimental parameters such as the electrocatalyst materials (Ti/Pt and Ti/Pt-SnSb) and current density in order to compare their efficiency, energy consumption and cost. The dye Novacron Blue CD (NB) was employed in synthetic solution, while the dyes Remazol Yellow 3RS (RY 3RS) Remazol Red RR Gran (RR-RR Gran) and Navy Blue CL-R (NB CL-R) were used to generate simulated textile effluent laboratory. The results showed that the application of electrochemical oxidation process favors the elimination of color effectively independent the electrocatalytic material and current used, as well as treated effluent. However, the influence of electrocatalytic material was crucial to reduction of the organic matter in all cases.

Estudo comparativo dos processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs) no tratamento de efluentes contendo corantes orgânicos de difícil degradação

Organic dyes have been widely used in various branches of dyeing industries. These compounds are known to be very toxic, mutagenic, cancinogenic only cause aesthetic pollution and irreversible damage to aquatic ecosystems and human health. Are recalcitrant contaminants due to its high stability and resistance to photobleaching and bio. Given this context, the search for technologies that can minimize the effects of such pollutants is required. In recent decades the Electrochemical Oxidation Process Advanced (PEOAs) based on the generation of strongly oxidizing species (radicals ●OH) offer promising approaches for the prevention of problems caused by industrial effluents. This study analyzed the degradation and mineralization of textile dyes and the study of a real effluent in order to assess the feasibility of PEOAs: Electro-Fenton (EF), Photo Electro-Fenton (PEF) and anodic oxidation (AO), and these methods still was studied the Solar Fotoelectro-Fenton (SPEF) in a pre-pilot plant, in order to study the electrochemical treatment on an industrial scale. In the study has compared the effect of PEOAs in the removal of color, TOC and decay kinetics of degradation of the compounds, and also for using the Congo Red (CR) SPEF studies were performed mineralization current efficiency (MCE). The best results are given to the treatment of the PEF for all the studied dyes. From the results it was possible to choose the PEF as the most effective and promising for application of treatment when compared to other methods of treatment, and prove from SPEF that the process can be used in industrial scales, since this method PEF has been improved and solar irradiation replaced the UVA lamp.

Estudo comparativo dos processos eletroquímicos oxidativos avançados (PEOAs) no tratamento de efluentes contendo corantes orgânicos de difícil degradação

Organic dyes have been widely used in various branches of dyeing industries. These compounds are known to be very toxic, mutagenic, cancinogenic only cause aesthetic pollution and irreversible damage to aquatic ecosystems and human health. Are recalcitrant contaminants due to its high stability and resistance to photobleaching and bio. Given this context, the search for technologies that can minimize the effects of such pollutants is required. In recent decades the Electrochemical Oxidation Process Advanced (PEOAs) based on the generation of strongly oxidizing species (radicals ●OH) offer promising approaches for the prevention of problems caused by industrial effluents. This study analyzed the degradation and mineralization of textile dyes and the study of a real effluent in order to assess the feasibility of PEOAs: Electro-Fenton (EF), Photo Electro-Fenton (PEF) and anodic oxidation (AO), and these methods still was studied the Solar Fotoelectro-Fenton (SPEF) in a pre-pilot plant, in order to study the electrochemical treatment on an industrial scale. In the study has compared the effect of PEOAs in the removal of color, TOC and decay kinetics of degradation of the compounds, and also for using the Congo Red (CR) SPEF studies were performed mineralization current efficiency (MCE). The best results are given to the treatment of the PEF for all the studied dyes. From the results it was possible to choose the PEF as the most effective and promising for application of treatment when compared to other methods of treatment, and prove from SPEF that the process can be used in industrial scales, since this method PEF has been improved and solar irradiation replaced the UVA lamp.

Montagem de um sistema laboratorial de células de combustível microbianas para aproveitamento energético e tratamento de efluentes doméstico

O presente trabalho objetiva a montagem em escala laboratorial de um grupo de 6 protótipos de Células de Combustível Microbianas (CCM) de Câmara Simples pretendendo constituir um contributo de desenvolvimento de processos anaeróbios para tratamento de águas residuais em Estações de Tratamento de Águas Residuais (ETARs) e produção simultânea de energia elétrica. Em fase preliminar procede-se à montagem de um sistema laboratorial composto por 3 conjuntos de protótipos em duplicados com 3 granulometrias de carvão ativado granular (GAC). Os princípios que fundamentam a seleção do protótipo tipo são uma câmara anódica tubular totalmente preenchida com GAC para facilitar a fixação de biofilmes e a diminuição do espaçamento entre elétrodos com a interposição de um separador para reduzir a resistência interna. A experiência laboratorial inicia-se com uma fase de aclimatação com Água residual artificial e sequencialmente com água residual recolhida na ETAR Faro-Noroeste. Na etapa final a carga orgânica da água residual é incrementada com adição de Acetato de sódio. Os ensaios decorrem em modo de fluxo contínuo. São testados e comparados três tempos de contacto do afluente com o GAC (3, 10 e 30 horas), a combinação destes com dois separadores designados por Daramic HP 200 e GF/A e sem qualquer separador. Finalmente é efetuado um teste incrementando 6 a 8 vezes a carga orgânica do afluente. O desempenho é aferido através do traçado de curvas de polarização, curvas de potência e da percentagem de remoção da Carência Química de Oxigénio (CQO). Conclui que em alguns testes as eficiências de remoção de CQO são adequadas à legislação em vigor, que o aumento e tipo de carga orgânica do afluente e a operação sem separadores incrementam a diferença de potencial e reduzem a resistência interna e que as granulometrias do GAC testadas tiveram pouco efeito na avaliação dos parâmetros considerados.

Crescimento de nanotubos de TiO2 na superfície da liga Ti-7,5Mo empregando oxidação anódica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo de métodos de tratamento de efluentes (troca iônica e eletroquímico) separados e sequenciais para eliminação de derivados de petróleo

The produce of waste and the amount of the water produced coming from activities of petroleum production and extraction has been a biggest challenge for oil companies with respect to environmental compliance due to toxicity. The discard or the reuse this effluent containing organic compounds as BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene and xylene) can cause serious environmental and human health problems. Thus, the objective this paper was study the performance of two process (separately and sequential) in one synthetic effluent for the benzene, toluene and xylene removal (volatile hydrocarbons presents in the produced water) through of electrochemical treatment using Ti/Pt electrode and exchange resin ionic used in the adsorption process. The synthetic solution of BTX was prepared with concentration of 22,8 mg L-1, 9,7 mg L-1 e 9,0 mg L-1, respectively, in Na2SO4 0,1 mol L-1. The experiments was developed in batch with 0.3 L of solution at 25ºC. The electrochemical oxidation process was accomplished with a Ti/Pt electrode with different current density (J = 10, 20 e 30 mA.cm-2). In the adsorption process, we used an ionic exchange resin (Purolite MB 478), using different amounts of mass (2,5, 5 and 10 g). To verify the process of technics in the sequential treatment, was fixed the current density at 10 mA cm-2 and the resin weight was 2.5 g. Analysis of UV-VIS spectrophotometry, chemical oxygen demand (COD) and gas chromatography with selective photoionization detector (PID) and flame ionization (FID), confirmed the high efficiency in the removal of organic compounds after treatment. It was found that the electrochemical process (separate and sequential) is more efficient than absorption, reaching values of COD removal exceeding 70%, confirmed by the study of the cyclic voltammetry and polarization curves. While the adsorption (separately), the COD removal did not exceed 25,8%, due to interactions resin. However, the sequential process (electrochemical oxidation and adsorption) proved to be a suitable alternative, efficient and cost-effectiveness for the treatment of effluents petrochemical.

Tratamento de efluentes líquidos na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF): avaliação da aplicabilidade do processo eletrolítico.

Esta pesquisa enfoca o uso do processo eletrolítico, como alternativa para tratamento de efluentes líquidos na Estação Antártica Comandante Ferraz (EACF), considerando as limitações ambientais locais e aspectos de consumo de energia. Este processo, classificado como não convencional, vem sendo estudado pela comunidade científica nacional e internacional para tratamento de diversos efluentes, inclusive esgotos domésticos, apresentando várias vantagens que estimularam a verificação de sua aplicabilidade para as condições peculiares da EACF. Foram realizados ensaios, em escala de laboratório, com esgotos domésticos coletados em um condomínio no Rio de Janeiro, usando reatores eletrolíticos com capacidade de 4 L, com eletrodos de desgaste de alumínio (Al) e de ferro (Fe), distância entre as placas de 0,9 cm e 1,8 cm, temperaturas na faixa de 7C a 22C, e ensaios para verificação da sua eficiência, por meio de parâmetros como DQO, DBO5, SST, turbidez e volume de lodo gerado. Sob temperatura de 15C e condições de condutividade da ordem de 900 S/cm, estimada para os esgotos da EACF, aplicando densidade de corrente de 22,9 A/m2, 4,5 V, tempo de retenção de 25 min, os resultados apresentaram valores de DQO no efluente tratado de 65 mg/L(redução de 89%), DBO de 56 mg/L (redução de 64 %), SST de 8 mg/L, com turbidez de 11,3 uT e, após filtração, turbidez de 3,2 uT, consumo de energia de 0,8 Wh/L. O aspecto é límpido e a qualidade final obtida é compatível para ser submetida a tratamento de desinfecção. A partir dos dados obtidos, foram avaliadas por meio de pré-projeto: a viabilidade de sua implantação em container, a estimativa de consumo de energia e de lodo gerado, requisitos de manutenção, operação, além da sugestão de monitoramentos e de medidas de mitigação de impactos ambientais associados à respectiva instalação.

Avaliação do tratamento de efluentes sintéticos com glifosato por osmose inversa

O presente trabalho avaliou a capacidade do sistema de osmose inversa de bancada na remoção de glifosato, em soluções de efluente aquoso sintético, empregando membrana de poliamida. Os parâmetros empregados para esta avaliação foram a pressão, o fluxo de alimentação, o tempo de operação, o pH e a concentração de glifosato na solução de alimentação em que os mesmos foram variados de modo a se ter um comparativo entre diferentes níveis. O sistema de osmose inversa teve em todos os experimentos uma boa resposta quanto a rejeição de glifosato em que a mesma variou entre 74,2% a 98,6 %, sendo a máxima atingida em condições de pressão em 30 bar, fluxo de alimentação 1 L.min-1 e pH 11 da solução de alimentação. A resposta do sistema foi avaliada quanto ao fluxo de permeado, de rejeição percentual e concentração de glifosato no permeado. O efeito da variação de concentração sobre a rejeição de glifosato foi pouco efetiva, mas apresentou grande influência quanto à variação de concentração deste no permeado. Ainda foi avaliada a remoção do ácido aminometilfosfônico (AMPA), pelo sistema de osmose inversa, obtendo-se uma boa resposta quanto à rejeição atingindo valores em torno de 95%. Uma solução combinada de AMPA e glifosato foi preparada e processada no sistema de osmose inversa, obtendo-se resposta similar quanto à concentração de permeado e rejeição para ambos os compostos. A quantificação de AMPA e glifosato se deu por cromatografia de íons, onde esta técnica se mostrou robusta e simples para quantificar ambos os compostos em meio aquoso, em baixas concentrações

Confiabilidade operacional de Estação de Tratamento de Efluentes Industriais (ETEI) de refinaria de petróleo: estudo de caso.

O projeto de Estações de Tratamento de Efluentes Industriais (ETEIs) deve objetivar um desempenho médio, o qual não pode ser ultrapassado certo número de vezes durante seu tempo operacional. Este trabalho propõe a aplicação da metodologia conhecida como Coeficiente de Confiabilidade (CDC) para quantificação da confiabilidade das etapas de tratamento físico (Separação Águaóleo SAO e flotação) e biológico (lodos ativados com aeração prolongada), considerando efluente oleoso proveniente de refino de petróleo. Tal metodologia, entretanto, não possibilita a identificação das prováveis causas do baixo desempenho na tratabilidade. Por isso também é proposta a aplicação da ferramenta de gestão riscos conhecida como FMECA (Failure Modes, Effects and Criticality Analysis), que permite a quantificação das observações qualitativas de campo, tornando os valores comparáveis para definir a hierarquização dos riscos e criticidade das etapas de tratamento estudadas. A etapa biológica para o parâmetro NH3 apresentou a maior confiabilidade, ainda que a análise de risco tenha apontado esta etapa como mais crítica. Ou seja, um sistema confiável não necessariamente apresenta menor criticidade, pois uma má gestão implicará em possíveis infrações às metas pré-fixadas ou à própria legislação ambiental.

A influência da salinidade nos processos de tratamento de efluentes por lodos ativados.

O processo de tratamento de efluentes por lodos ativados é um dos processos de tratamento mais difundido em todo o mundo, devido principalmente a qualidade do efluente obtido. Entretanto, trata-se de um processo biológico dependente da atividade bacteriana para a estabilização da matéria orgânica proveniente dos esgotos e com isso, se faz necessária a manutenção das condições ideais para a sobrevivência e proliferação das bactérias e dos outros microrganismos envolvidos neste processo. Efluentes salinos causam um grande distúrbio na atividade celular dos microrganismos presentes neste processo. A análise biológica do lodo e a taxa de consumo de oxigênio são testes rápidos, práticos, baratos e sem geração de resíduos químicos e que foram adotados neste trabalho para acompanhar a eficiência do processo. Esses dois parâmetros são amplamente utilizados em pesquisas, porém ainda é sub-utilizado para efetivo monitoramento de Estações de Tratamento de Esgotos. Este presente trabalho investigou a influência da salinidade nos processos de lodos ativados através de parâmetros que levam em consideração a atividade metabólica dos organismos aeróbios e através do monitoramento da comunidade de protozoários indicadores biológicos do lodo ativado, os testes de respirometria e os testes da análise biológica do lodo, respectivamente. Os resultados da atividade metabólica são apresentados em forma de gráficos, em termos de taxa de consumo de oxigênio específico e porcentagem de inibição. Os resultados da qualidade biológica são apresentados em números de 0 a 10 de acordo com o Índice de Madoni (1994). Os resultados demonstraram a imediata intoxicação dos lodos ativados em concentrações de sal a partir da concentração mínima utilizada neste trabalho, que foi de 5 gL de NaCl. Para entender melhor o processo de intoxicação foi realizado experimentos de 96 horas de monitoramento após o choque de cloreto de sódio nos reatores com lodos ativados, os resultados não demonstraram melhoria no processo. Os resultados sugerem que os testes de taxa de consumo de oxigênio em consonância com os testes da qualidade biológica são eficientes e complementares para a avaliação da influência da salinidade no processo de lodos ativados.

Avaliação de desempenho para estações de tratamento de efluentes industriais.

O processo produtivo industrial pode gerar uma grande quantidade de efluentes líquidos. Esses efluentes, quando não tratados, podem poluir o solo e a água, podendo causar grande impacto ambiental. Nesse sentido é imprescindível que todas as indústrias que geram efluentes líquidos possuam uma estação de tratamento. Porém, para que a estação esteja permanentemente funcionando de acordo com seu objetivo, essa deve ser rotineiramente avaliada. Dessa forma, a avaliação de desempenho para Estação de Tratamento de Efluentes Industriais (ETEI) se torna uma ferramenta importante para a manutenção da eficiência da estação, pois se justifica por procurar pontos vulneráveis da planta de tratamento fornecendo os subsídios necessários à elaboração do diagnóstico e projetos de adequação dos sistemas, permitindo que os efluentes tratados fiquem em conformidade com as exigências estabelecidas pela legislação ambiental. Neste trabalho, foi elaborada uma proposta metodológica, formada por um roteiro, composto por níveis de questionamentos, que auxilia o avaliador na análise de desempenho da ETEI. Complementando esse roteiro foram elaboradas algumas listas de verificação que contribuem para guiar o avaliador em suas análises. Na elaboração das listas, manuais desenvolvidos em diversos países foram considerados. As listas de verificação incluem perguntas para a avaliação dos dados gerais da indústria, para seu Sistema de Gestão Ambiental (SGA) e para alguns sistemas e unidades operacionais da estação de tratamento. Para exemplificar um dos níveis de questionamento do roteiro foi incluído um estudo de caso, no qual o afluente e o efluente de uma indústria mineradora foram avaliados através da técnica estatística multivariada Análise de Componentes Principais (ACP), para demonstração do desempenho da estação de tratamento. O resultado da avaliação realizada demonstrou um bom desempenho da ETEI em tratar os efluentes líquidos. Espera-se, portanto, que este trabalho seja útil para a avaliação de desempenho em plantas de tratamento de efluentes industriais.

Análise do sistema de tratamento de efluentes gasosos de uma central de valorização energética de resíduos sólidos urbanos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre Em Engenharia Química e Biológica Ramo de processos Químicos