Eletrólise de resíduos poluidores: I - Efluente de uma indústria liofilizadora
de condimentos
Por sua vez a redução de água no catodo pode levar a um aumento da quantidade
de OH-, também contribuindo para aumentar o pH:
2H2O(l) + 2e- ® H2(g) + 2OH-(aq) (2)
Já no anodo há várias reações ocorrendo. Além da oxidação da matéria orgânica,
a formação de íons Fe2+ e a oxidação de moléculas de água:
matéria orgânica ® matéria orgânica oxidada + (3)
Fe(s) ® Fe2+(aq) + 2e- (4)
2H2O(l) ® O2(g)+ 4H+(aq) + 4e- (5)
Conforme mostra a equação (5), a oxidação da água leva à formação de H+(aq) no
anodo. Entretanto, o consumo desse íon no catodo prevalece em relação à sua
formação no anodo, visto que as reações representadas nas equações (3) e (4)
ocorrem predominantemente. Assim, haverá aumento dos valores de pH devido à
diminuição da concentração de íons H+(aq) e a formação de íons OH-(aq) com o
decorrer da eletrólise. A formação de íons Fe2+(aq) e sua posterior oxidação
para Fe3+(aq) leva à precipitação do hidróxido de ferro (III), de cor
avermelhada; cabe ressaltar que essa oxidação pelo oxigênio torna-se mais
rápida à medida que o meio se torna básico.
Relações complexas que favorecem ou não o aumento dos valores de pH podem
ocorrer. No entanto, na maioria dos resíduos eletrolisados descritos em
trabalhos prévios26,27houve tendência de elevação dos valores de pH, mesmo que
de forma suave, constatando-se assim o decréscimo da concentração de H+ com o
prolongamento do tempo de eletrólise para diferentes resíduos.
Durante a eletrólise, a temperatura do efluente eletrolisado não variou,
mantendo-se em 20oC ± 1oC. Já a sua condutividade aumentou com o tempo de
eletrólise (vide Fig._3). Isto pode ser atribuído principalmente ao aumento dos
íons presentes, qual seja a formação de íons ferro (II) ou de íons provenientes
de matéria orgânica oxidada.
Observa-se na figura_4 que o potencial relacionado à corrente aplicada diminui
à medida que o tempo de eletrólise aumenta. Todavia, entre 10 e 60 min de
eletrólise, ocorreu uma estabilidade nos valores de potencial, a qual coincide
com a estabilização dos valores de condutividade (vide Fig._3). O decréscimo do
potencial com o tempo de eletrólise ocorre em paralelo com o aumento da
condutividade.
A DQO indica a quantidade de oxigênio que seria consumida através de reações
químicas de oxidação dos diversos compostos orgânicos presentes, sem a
intervenção de microrganismos; assim, ela fornece uma idéia, de maneira
indireta, da quantidade de matéria orgânica presente no efluente eletrolisado.
Conforme mostrado na figura_5, após 30 min de eletrólise, houve uma diminuição
da DQO de cerca de 80%. Esta acentuada redução no valor da DQO indica que a
eletrólise é bastante eficiente na oxidação da matéria orgânica.
Com a oxidação, a matéria orgânica flocula rapidamente ao interagir com os íons
ferro que são produzidos no anodo, aumentando, portanto, a quantidade de
sólidos sedimentáveis. O efluente eletrolisado durante 85 min apresentou uma
decantação, num cone de Imhoff de 1 L (após 1 h), de 89,0 mL de sedimentos. Já
no caso do efluente não eletrolisado, essa sedimentação foi de apenas 14,0 mL.
A metodologia para a realização da DQO não recomenda a presença de íons Fe2+,
pois estes interferem no teste oxidando o reagente que é o dicromato de
potássio. Entretanto, a amostra do resíduo eletrolisado para o teste de DQO foi
altamente aerada (agitação vigorosa com agitador de pás), o que garantiu que
ela contivesse somente íons na forma Fe3+ que não interferem no teste da DQO. O
íon Fe2+, um redutor forte, oxida-se rapidamente durante a eletrólise do
resíduo nessas condições.
Um outro parâmetro importante é a DBO, a qual indica a quantidade de oxigênio
consumida durante a degradação bioquímica da matéria orgânica no efluente, bem
como a oxidação de espécies nitrogenadas e de algumas espécies redutoras (Fe2+,
S2- etc.). Conforme pode ser observado na figura_6A, a eletrólise do efluente
também possibilitou um aumento nos valores da DBO.
O valor de DBO é uma medida da quantidade de oxigênio assimilada pela oxidação
microbiológica entre o início e o final de incubação por 5 dias a 20oC. O
aumento do valor de DBO relacionado com o tempo de aplicação da eletrólise
indica a transformação e a quebra de moléculas recalcitrantes e/ou tóxicas
presentes no resíduo, facilitando a sua posterior biodegradação. Assim, o maior
consumo de oxigênio para o resíduo submetido ao maior tempo de eletrólise
indica uma maior quantidade dessas espécies químicas menos tóxicas, tornando
mais rápidos os processos de biodegradação. A figura_7 registra que a
biotoxicidade aguda, determinada com Daphnia similis,diminuiu paralelamente ao
aumento de oxigênio consumido no teste de DBO. Isto mais uma vez indica que a
eletrólise facilita a biodegradabilidade do resíduo.
Ao se realizar eletrólise de efluentes, também há interesse em se saber se esta
promove a morte de microrganismos, especialmente bactérias. Os resultados do
teste de contagem microbiana indicam que durante o processo de eletrólise
ocorre sanitização do efluente em relação a bactérias. A figura_8 mostra que
ocorreu uma redução porcentual de unidades formadoras de colônias de bactérias
de cerca de 100% após 30 min de eletrólise. Neste trabalho o menor tempo
escolhido para se realizar a contagem microbiana foi de 30 min; entretanto, em
outro trabalho28 constatou-se que a morte de quase 100% de microrganismos
ocorreu em cerca de 10 min de eletrólise, em condições próximas daquelas
realizadas neste trabalho.
Propõe-se neste trabalho que a morte dos microrganismos bacterianos dá-se
principalmente devido às propriedades redutoras do íon ferroso:
Fe2+ + microrganismo ® microrganismo morto + Fe3+ (8)
A difusão do íon ferroso para o seio da solução permite que entre em contato
com a parede celular do microrganismo. O íon Fe2+, ao entrar no citoplasma da
célula, pode reduzir moléculas biologicamente ativas, induzindo rapidamente a
morte do microrganismo. O fenômeno da morte dos microrganismos pela oxidação da
parede celular na interface eletrodo/solução é mais difícil devido ser esta
região a parte mais protetora da célula. Há trabalhos29,30 que mostram que à
medida que a parede celular do microrganismo torna-se mais espessa e
resistente, como é o caso dos fungos em comparação com as bactérias, o número
de células microbianas mortas diminui. Esta seleção na morte de microrganismos
pela eletrólise pode ser utilizada como uma forma de descontaminar e sanitizar
meios, ou seja, eliminar a população de bactérias sem interferir na população
de fungos, por exemplo.
Finalmente, cabe tecer alguns comentários sobre o consumo de energia associado
a esse processo eletrolítico. A energia elétrica consumida num tempo de 20 min
de eletrólise (potencial médio de 2,7 V) é de somente cerca de 0,42 kW h m-3.
Levando em conta o preço atual da energia elétrica, pode-se concluir que do
ponto de vista do gasto de energia elétrica (cerca de R$0,04/m3) o processo
eletrolítico é bastante viável.
CONCLUSÕES
A utilização de eletrodos de aço inoxidável causa a liberação de íons de ferro
no efluente, pela dissolução dos eletrodos durante a eletrólise. Essa liberação
não acarreta problemas ambientais desde que a corrente, a colméia de eletrodos
e o tempo de residência sejam dimensionados de forma adequada. Por outro lado,
os íons Fe2+ inicialmente liberados causam a morte de microrganismos e, ao se
oxidarem a Fe3+ contribuem para a floculação e sedimentação dos resíduos
sólidos.
Ao mesmo tempo que a eletrólise promove a morte de microrganismos, a oxidação
da matéria orgânica no efluente aumenta a possibilidade de sua
biodegradabilidade. Isto permite que, após a eletrólise, haja um maior
crescimento de microrganismos no efluente, indicado pelo aumento da DBO e pela
redução da sua biotoxicidade.
Por outro lado, é baixo o consumo de energia elétrica pelo sistema de
eletrólise constituído de eletrodos de aço inoxidável, o que não limita a
utilização das eletrólises no tratamento de resíduos.
Finalmente, os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que o
processo eletrolítico destroe as moléculas recalcitrantes, ou diminui os
efeitos por elas causados, levando a um aumento da biodegradabilidade do
resíduo poluidor. Assim, pode-se concluir que, para o tipo de resíduo estudado
neste trabalho, um acoplamento do processo eletrolítico a um tratamento
biológico convencional possibilitaria um tempo de retenção menor para a
biodegradação, bem como uma maior eficiência na redução da matéria orgânica
presente no resíduo através da diminuição da toxicidade. Esse acoplamento
permitiria uma maior eficiência na biodegradação dos resíduos para os produtos
finais, CO2 e água.
