ÁREA
Química Ambiental
Autores
Araújo, D.M. (UFRN) ; Izidorio, O.S.M. (IFRN) ; Silva, P.A. (IFRN) ; Bezerra, D.P. (IFRN) ; Carmo, F.N.A. (IFRN) ; Moura, J. (UFERSA)
RESUMO
Nos últimos anos as tecnologias eletroquímicas têm apresentado alta eficiência na remoção destes compostos, de forma limpa, eficaz e utilizando um menor tempo de tratamento (FAKHRU''L- RAZI et al, 2009; BRILLAS, 2015; MARTÍNEZ-HUITLE, 2009). Visando avaliar a eficiência da tecnologia eletroquímica este trabalho tem como objetivo aplicar a remediação eletrocinética para remoção de petróleo em solos originários do Estado do Rio Grande do Norte. Para alcançar este propósito, ânodo e cátodo de grafite foram utilizados na remediação eletrocinética do solo contaminado com petróleo. E a oxidação anódica foi aplicada para tratar o efluente gerado após descontaminação do solo empregando ânodo de Diamante Dopado com Boro, BDD.
Palavras Chaves
Eletroremediação; Solo; Petróleo
Introdução
O petróleo e seus derivados têm sido os principais tipos de contaminação no solo e água no mundo. A indústria do refino do petróleo converte o óleo cru em mais de 2500 derivados e estudos reportam que a demanda de óleo nas próximas duas décadas alcance 107 mil barris de petróleo por dia, correspondendo a 32 % do consumo de demanda energética mundial até 2030 (LEE et al, 2015). Consequentemente, o maior impacto ambiental está associado a hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos devido à alta hidrofobicidade, alta capacidade de adsorção e alta solubilidade alifática (FIGUEREDO et al, 2014). Os distúrbios causados por essa problemática não afetam apenas o meio ambiente, mas também organismo vivo, saúde humana, e as atividades econômicas relacionadas ao uso do solo. O desenvolvimento industrial e consequentemente a síntese de novos compostos orgânicos é um importante aspecto na questão do impacto ambiental, visto que esses apresentam diferentes níveis de toxidade no meio ambiente (RATHORE, et al, 2012). A técnica de remediação eletrocinética tem sido investigada para o tratamento de solo contaminado com espécies inorgânicas, compostos orgânicos e radionuclídeos (SANTOS et al, 2016). Neste processo, o solo é carregado com uma baixa corrente, criando assim um campo elétrico responsável pela mobilização dos contaminantes, devido a três fenômenos: eletroosmose, eletromigração e eletroforese (SANTOS et al, 2016). Assim, frente a este cenário, o presente trabalho tem como objetivo utilizar a tecnologia eletroquímica para descontaminação de solos por meio de processos eletrocinético simples, assim como tratar os efluentes gerados por meio de Oxidação Anódica.
Material e métodos
CARACTERIZAÇÃO DOS SOLOS: O solo utilizado na pesquisa foi do tipo arenoso, que tem uma consistência granulada e é permeável a água. Este solo foi coletado na Praia de Ponta Negra, na cidade de Natal/RN, sob as coordenadas 5° 52′ 52″ S, 35° 10′ 16″ O. REMEDIAÇÃO ELETROCINÉTICA: Montagem do Sistema O sistema para a realização da remediação eletrocinética, apresentado na Figura 1 foi composto por uma célula, dois eletrodos de grafite, telas de proteção, o eletrólito para adicionar nos compartimentos anódicos e catódicos, o petróleo e o solo para gerar a matriz de estudo, fonte e conectores. Nos compartimentos laterais, conhecidos por compartimentos anódicos e catódicos, introduziu-se 500 ml da solução eletrolítica (Na2SO4 0,1mol L-1). E na parte central 2,2 kg do solo contaminado com petróleo. Após a montagem do sistema, a célula permaneceu em repouso durante 24 horas para a umidificação do solo e assim, facilitar o fluxo de cargas. OXIDAÇÃO ELETROQUÍMICA:O sistema de oxidação eletroquímica foi composto pela célula eletrolítica, ânodos e cátodos, agitadores magnéticos, barras magnéticas, uma fonte de alimentação e garras para fixar os eletrodos. ANÁLISES QUÍMICAS: Foram realizadas coletas em dois compartimentos do sistema, o anódico e o catódico, durante todo o tratamento de remediação eletrocinética. Estas coletas foram necessárias para realizar o monitoramento do tratamento aplicado. Análises de pH, condutividade elétrica, turbidez e DQO foram realizadas no efluente gerado. E no solo foram realizadas as análises da matéria orgânica, fósforo, potássio, sódio, cálcio, magnésio, condutividade e pH.
Resultado e discussão
REMEDIAÇÃO ELETROCINÉTICA: Potencial em Função do Tempo durante a
Remediação Eletrocinética: Foi notado uma pequena variação do valor do
potencial no decorrer do tempo. Este fato acontece, pois, ocorre uma diminuição
da condutividade do solo, aumentando a sua resistência. Solo antes e após o
tratamentoDe acordo com a análise realizada do pH para o solo antes de ser
contaminado (SB), após a contaminação (SC) e depois de tratado (ST), pode-se
observar que o SB apresentou um pH levemente básico (7,9). Após a sua
contaminação ocorreu um aumento do pH para 8,4 e depois de ser tratado voltou
para um pH muito próximo do solo inicial, tendo um pH final de 7,7. Este
parâmetro pode mostrar que o potencial hidrogeniônico (pH) do solo variou após a
contaminação do meio, mas se conservou após o tratamento. Em relação a
condutividade, ocorreu uma diminuição após a contaminação, de 0,58 para 0,45 e
decaiu mais da metade após o tratamento do solo chegando a 0,23. A diminuição da
condutividade pode está relacionada com os compostos presentes no solo após a
sua contaminação e com a diminuição de compostos que pudessem está presente no
solo original. Em relação as análises dos cátions, o íon potássio apresentou uma
diminuição do valor inicial, de 39,66 mg dm3 para 16,70. Este fato também
aconteceu para o íon sódio, decaindo o seu valor de 1,63 cmol dm-3 para 0,822
cmol dm-3. Estes resultados podem ser justificados pela característica do solo
que apresenta uma alta porosidade e também pelo tratamento aplicado que favorece
o arraste de compostos iônicos para diferentes compartimentos. Os outros íons
se mantiveram constantes. Tocante a carga orgânica, ocorreu um aumento deste
parâmetro após a contaminação do solo, por se tratar de um composto orgânico e
uma diminuição após o tratamento aplicado. Os valores foram 38,30, 38,63 e 38,27
g/kg, respectivamente. Efluente gerado: A Figura 2a traz o gráfico
do pH em função do tempo para as duas regiões que foram coletadas os efluentes
contaminados. Após cada coleta, o mesmo volume retirado era substituído pelo
eletrólito, desta forma durante todo o tratamento manteve-se o volume nos
compartimentos.Por se tratar de um sistema eletroquímico ocorre a hidrólise da
água, onde são gerados o gás oxigênio na região anódica e o gás hidrogênio e
ânions hidroxila na região catódica, justificando a diminuição do pH para o
compartimento anódico e o aumento do pH para o compartimento catódico. Já de
acordo com a Figura 2b a condutividade do efluente se manteve
praticamente constante em ambos os compartimentos anódicos e catódicos.
RESULTADOS DO TRATAMENTO POR OXIDAÇÃO ELETROQUÍMICA:O tratamento por
oxidação eletroquímica (OE) foi realizado em batelada utilizando ânodo de
Diamante Dopado com Boro por 6 horas, aplicando uma densidade de corrente de 60
mA cm-2. A Figura 2c, apresenta o comportamento do potencial em função do
tempo para o sistema de oxidação eletroquímica ao degradar os compostos
orgânicos presente no efluente gerado durante o tratamento do solo. Como pode
ser também observado o potencial do sistema aumenta com o passar do tempo, isso
acontece por existir uma maior resistência do sistema no decorrer do tempo. Em
relação as análises de pH e condutividade, observou-se que as mesmas se
mantiveram constantes. Já a Figura 2d traz informações sobre a demanda
química de oxigênio (DQO) que nos informa o quanto de matéria orgânica foi
oxidada. Os dados presentes nesta Figura foram formalizados, ou seja, todos os
valores obtidos de DQO foram divididos pelo valor inicial. Através dos dados
observados nesta figura indicam que o sistema de OE é bastante eficiente para
degradar compostos orgânicos nas condições aplicadas neste trabalho. Este fato
também está relacionado com o material eletrocatalítico, o DDB, pois ele se
trata de um eletrodo inativo, onde após a eletrólise da água os radicais
hidroxila são fisissorvidos na superfície deste material e assim são degradadas
a matéria orgânica a CO2 e água. Os radicais hidroxila é um forte oxidante e
bastante gerado por este tipo de material.
Conclusões
Os resultados obtidos em relação aos testes realizados foram satisfatórios além de permitir aos membros envolvidos na execução adquisição de conhecimentos inovadores de tratamentos eletroquímicos em solos e efluentes contaminados com petróleo, bem como, realizar análises físico-químicas em ambos. Além disso, no decorrer do desenvolvimento do projeto manchas de petróleo foram encontrados (2019) no litoral brasileiro espalhados pelas praias do Nordeste, este fato demonstra que trabalhos de descontaminação de solos e efluentes são de extrema importância a nível mundial, neste caso específico, na região do Nordeste.
Agradecimentos
Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, campus Ipanguaçu
Referências
BRILLAS, E. E MARTÍNEZ-HUITLE, CA. Descontaminação de águas residuais contendo corantes orgânicos sintéticos por métodos eletroquímicos. Uma revisão atualizada. Catálise Aplicada: Ambiental, 166-167, 603–643, 2015.
FAKHRU’L-RAZI, A., PENDASHTEH, A., ABDULLAH, L. C., BIAK, D. R. A., MADAENI, S. S., & ABIDIN, Z. Z. Review of technologies for oil and gas produced water treatment. Journal of Hazardous Materials, 170(2-3), 530–551, 2009.
DE FIGUEREDO, K. S. L., MARTÍNEZ-HUITLE, C. A., TEIXEIRA, A. B. R., DE PINHO, A. L. S., VIVACQUA, C. A., & DA SILVA, D. R. Study of produced water using hydrochemistry and multivariate statistics in different production zones of mature fields in the Potiguar Basin – Brazil. Journal of Petroleum Science and Engineering, 116, 109–114, 2014.
LEE, J.-Y., KWON, T.-S., PARK, J.-Y., CHOI, S., KIM, EJ, LEE, HU, & LEE, Y.-C. Remoção eletrocinética (EK) de solo co-contaminado com óleos de petróleo e metais pesados em reator tridimensional (3D) de pequena escala. Segurança de Processo e Proteção Ambiental, 99, 186–193, 2015.
MARTÍNEZ-HUITLE, C.A.; PANIZZA, M. “Application of PbO2 Anodes for Electrochemical Wastewater Treatment”, in Applied Electrochemistry, pp. 269-299, Editor: Vijay G. Singh, Nova Science Publishers (New York) ISBN: 978-1-60876-208-8, 2009.
RATHORE, H.S.; NOLLET, L.M.L. Pesticides: evaluation of environmental, CRC, New York, USA, 2012.
SANTOS, E. V., SÁEZ, C., MARTÍNEZ-HUITLE, C. A., CAÑIZARES, P., & RODRIGO, M. A. Removal of oxyfluorfen from ex-situ soil washing fluids using electrolysis with diamond anodes. Journal of Environmental Management, 171, 260–266, 2016.
SANTOS, E. V., SÁEZ, C., CAÑIZARES, P., MARTÍNEZ-HUITLE, C. A., & RODRIGO, M. A. Treating soil-washing fluids polluted with oxyfluorfen by sono-electrolysis with diamond anodes. Ultrasonics Sonochemistry, 34, 115–122, 2016.
