Regeneração eletroquímica de carvão ativado granulado saturado de carbendazim

Abstract

Os contaminantes de preocupação emergente ocasionam alterações no meio ambiente, são de difícil degradação e geralmente são mal removidos nas estações de tratamento. A presença de agroquímicos como o carbendazim (CBZ), têm sido relatadas com frequência em águas, sendo o contaminante incluído na nova portaria de qualidade da água (nº 888, de 4 de maio de 2021). Uma das alternativas para sua remoção sem a necessidade de grandes obras civis de adaptação é a utilização de leitos de carvão ativado granular (CAG). Este, deve passar por processos de regeneração, usualmente térmico ou químico, envolvendo custo com remoção do leito, com produtos químicos e sua armazenagem, bem como altos custos energéticos. O processo eletroquímico, alternativamente, pode ser aplicado in situ, realizando a regeneração do CAG ao mesmo passo em que realiza a oxidação do contaminante. Portanto, o presente trabalho avaliou a influência da vazão (Q, 25; 62,5 e 100 L/h), da densidade de corrente (j, 0,5; 2,75 e 5 mA/cm²) e do tipo de eletrólito (Na 2 SO4 ou NaCl) na regeneração eletroquímica do CAG carregado com CBZ. Para a melhor condição obtida, examinou ainda a influência da posição do CAG na câmara catódica e anódica, além de ensaios consecutivos de regeneração. Os resultados foram analisados em forma da regeneração (RE, %) e da sua relação com o consumo energético (CE) por massa de CAG (Wh/g), a qual resulta em CE/RE. A análise fatorial do parâmetro de CE/RE resultou numa configuração otimizada com Q = 100 L/h, j = 0,5 mA/cm² e NaCl com o CAG na câmara catódica, logrando um RE de 63,8% e CE/RE de 0,23. Quando comparado com o CAG na câmara anódica, o resultado foi de RE = 43,5% e um CE/RE de 0,35. Essa diferença pode estar relacionada ao mecanismo de regeneração, na qual, o CAG no compartimento catódico está sob influência de um potencial negativo (dessorção elétrica), sendo dessorvido e atacado pelos agentes oxidantes provenientes do eletrólito suporte ou da hidrólise da água. Ao realizar testes consecutivos de regeneração, houve decaimento na capacidade adsortiva do CAG, indicando possível bloqueio por produtos de transformação dos macros e micro poros ou modificação dos poros por oxidação. A regeneração eletroquímica se apresentou como um processo com baixo consumo energético para aumentar vida-útil do CAG e assim diminuir a disposição final desse material contaminado.

Contaminants of emerging concern cause changes in the environment. They are difficult to degrade and are generally poorly removed in conventional treatment plants. The presence of agrochemicals such as carbendazim (CBZ) has been frequently reported in waters, and this contaminant has been included in a new water quality ordinance in Brazil (nº 888, May 4, 2021). One alternative for its removal without the need for major civil engineering adaptations is the use of granular activated carbon (GAC) beds. This must go through regeneration processes, commonly thermal or chemical, that involves costs related to removal of the material, chemicals, and storage, as well as high energy costs. Alternatively, the electrochemical process can be applied in situ, allowing the regeneration of GAC while simultaneously oxidizing the contaminant. Therefore, the present study evaluated the influence of flow rate (Q, 25; 62.5; and 100 L/h), current density (j, 0.5; 2.75; and 5 mA/cm²), and electrolyte type (Na2SO4 or NaCl) on the electrochemical regeneration of CBZ-loaded GAC. For the best condition obtained, the influence of GAC position in the cathodic and anodic chambers was also examined, along with consecutive regeneration tests. The results were analyzed in terms of regeneration efficiency (RE, %) and its relation with energy consumption (EC) per unit mass of GAC (Wh/g), resulting in EC/RE values. The factorial analysis of the EC/RE parameter resulted in an optimized configuration with Q = 100 L/h, j = 0.5 mA/cm², and NaCl with GAC in the cathodic chamber, achieving an RE = 63.8% and EC/RE = 0.23. When compared to GAC in the anodic chamber, the result was RE = 43.5% and EC/RE = 0.35. This difference may be related to the regeneration mechanism, in which the GAC in the cathodic compartment is under the influence of a negative potential (electrical desorption) and desorbed is attacked by oxidizing agents from the supporting electrolyte or water hydrolysis. Consecutive regeneration tests showed a decrease in GAC adsorptive capacity, indicating possible poisoning effect by transformation products covering macro and micro pores or modification of these pores by oxidation. Thus, electrochemical regeneration proved to be a low-energy process to increase the lifespan of the GAC, reducing the final disposal of this contaminated material.