Clarificação de águas por eletrocoagulação alimentada por sistema fotovoltaico

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Mendoza Combatt, Maria Paulina
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Palavras-chave em Português: Eletrocoagulação; Água - Purificação; Otimização combinatória; Engenharia de Alimentos
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/22062

O objetivo geral deste trabalho foi implementar o uso de ferramentas estatísticas na otimização do processo de eletrocoagulação para o tratamento de águas superficiais; comparar os mecanismos de coagulação dominantes na eletrocoagulação com eletrodos de alumínio e no tratamento convencional com sulfato de alumínio; e avaliar técnica e economicamente o uso da eletrocoagulação baseada em energia fotovoltaica como tratamento complementar à remoção de poluentes de águas para consumo humano. Inicialmente os modelos e condições ótimas de operação para a eletrocoagulação foram baseados na metodologia de “superfície de resposta” usando o delineamento composto central. A função “desejabilidade” foi utilizada para encontrar as condições operacionais que levassem ao aumento da remoção de cor aparente, da demanda química de oxigênio (DQO) e da turbidez, de maneira simultânea. Foi possível cumprir o padrão estético/organoléptico estipulado para esta etapa do processo (cor < 15 uH, DQO < 18 e turbidez < 5 uT) considerando três amostras de água (turbidez inicial baixa, média e alta). Em uma segunda etapa, gráficos de isoeficiência para remoção de poluentes foram utilizados para determinar e comparar os mecanismos de coagulação atuantes na coagulação convencional e na eletrocoagulação. Para águas com turbidez inicial baixa o mecanismo de adsorção de cargas mostrou eficiências de remoção maiores nos dois tratamentos estudados. Para águas com turbidez inicial média e alta, o mecanismo de varredura mostrou-se eficiente nas duas tecnologias utilizadas. Na terceira fase, a metodologia de superfície de resposta foi utilizada para desenvolver modelos matemáticos considerando os efeitos dos parâmetros intensidade de corrente e tempo de eletrólise (i.t) sobre a remoção da cor aparente e turbidez de uma amostra de água proveniente do rio Turvo Sujo. As condições de desenho e operação para o sistema integrado eletrocoagulação-sistema fotovoltaico (EC-SF) foram estabelecidas assumindo o conceito de reprodutibilidade das condições quando conhecidos os parâmetros de uma única célula eletrolítica. A metodologia estatística utilizada mostrou-se eficiente para a previsão dos melhores valores do binômio i.t, permitindo o cumprimento do padrão estético/organoléptico (cor < 15 uH e turbidez < 5 uT). O desenho de um sistema EC-SF que suprisse a necessidade de consumo de 50 pessoas foi realizado para avaliação do custo do tratamento. Para isto foram considerados o custo do material do eletrodo e o custo de energia elétrica, obtendo-se um custo de R$ 0,70 m -3 de água clarificada. A correlação existente entre as respostas analisadas permitiu encontrar condições especificas dos parâmetros, auxiliando a determinação de pontos de trabalho seguros na operação. A eletrocoagulação mostrou-se eficiente para clarificar águas naturais com diferentes características de turbidez inicial. No que diz respeito aos mecanismos de coagulação encontrados, para águas com turbidez inicial média e alta, o mecanismo de varredura mostrou-se eficiente nas duas tecnologias utilizadas. No entanto, a amplitude de eficiência de remoção, quando utilizada a coagulação convencional, abrange uma área maior do que quando utilizada a eletrocoagulação. Isto implica em uma maior segurança operacional quando ocorrem eventuais flutuações das características da água bruta, bem como no controle da dosagem de coagulante empregado. A metodologia de superfície de resposta permitiu encontrar condições ótimas para os parâmetros de operação, auxiliando na determinação dos parâmetros relativos às necessidades energéticas e de dimensionamento de um sistema fotovoltaico integrado à célula eletrolítica. Assim é possível instalar o sistema EC-SF em qualquer localização onde existam níveis satisfatórios de irradiação como uma alternativa inovadora que ao mesmo tempo ofereça uma opção sustentável ao tratamento de águas em zonas rurais utilizando energias renováveis.