Regeneração eletroquímica in-situ de carvão ativado granular carregado com sulfametoxazol

Abstract

Este trabalho buscou avançar na temática sobre à adsorção de poluentes emergentes (PE) em carvão ativado granular (CAG) e de regeneração do adsorvente em um reator eletroquímico. Foram realizados testes em escala de bancada com a utilização do antibiótico sulfametoxazol (SMX) como PE, que possui grande uso no Brasil e por ser constituinte do medicamento Bactrim® . Além disso, o SMX já foi detectado em águas superficiais do arroio Dilúvio da cidade de Porto Alegre, e para outras localidades, em águas subterrâneas e de reúso agrícola. Desse modo, foram investigados os seguintes itens: i) estudo do melhor pH de trabalho para regenerar o CAG carregado sem uso da eletroquímica; ii) avaliação dos melhores parâmetros de operação do reator eletroquímico para regeneração do CAG (densidade de corrente, tempo de operação, pH, tipo da solução eletrolítica, regeneração catódica ou anódica) e oxidação do SMX; iii) avaliação da capacidade do CAG em ser regenerado em 5 ciclos consecutivos. O CAG carregado após 24 horas em agitação com uma solução sintética de SMX foi submetido à dessorção em solução eletrolítica sem aplicação do processo eletroquímico. Nesta condição, o SMX apresentou melhor dessorção em pH básico devido à repulsão de cargas entre SMX e carvão. Nos testes eletroquímicos, manteve-se as condições operacionais: 10 g de CAG carregado após 24 horas em agitação com a solução de SMX; 1 L de solução eletrolítica; concentração da solução em 5 g/L; fonte em modo galvanostático; vazão de reciclo de 75 L/h; temperatura em 20 °C; processo em batelada. Para as melhores condições operacionais no reator eletroquímico, verificou-se após os 48 testes realizados que, eficiência próxima a 100% de regeneração do CAG carregado sem detecção do SMX no meio aquoso ao final de um dostestes foi encontrado quando utilizado: 5 mA/cm², 15 min de operação, solução de NaCl (5 g/L), pH neutro e regeneração anódica (CAG próximo ao ânodo). As análises de carbono orgânico total (COT) apresentaram aumento da concentração ao longo dos testes, o que sugere perda de material particulado do carvão no meio líquido. A partir das melhores condições no reator, os ciclos de adsorção e regeneração da mesma porção do CAG foram avaliados. Houve uma perda da capacidade de regeneração do CAG de 50% após o terceiro ciclo, já no último, pôde-se recuperar apenas 21% da capacidade de adsorção do CAG. Desse modo, este trabalho serve como subsídio para novas propostas de regeneração in-situ de CAG carregado com poluentes emergentes em processos terciários de tratamento de água ou esgoto, além da possibilidade de oxidação dos PE dessorvidos.

This work seeks to advance the theme on the adsorption of emerging pollutants (EP) in granular activated carbon (GAC) and the regeneration of the adsorbent in an electrochemical reactor. Tests were carried out on a bench scale using the antibiotic sulfamethoxazole (SMX) as EP, which is widely used in Brazil and because it is a constituent of the drug Bactrim® . In addition, SMX has already been detected in surface waters of the Dilúvio stream in the city of Porto Alegre, and in other locations, in groundwater and agricultural reuse. Thus, the following items were investigated: i) study of the best working pH to regenerate the loaded GAC without using electrochemistry; ii) evaluation of the best operating parameters of the electrochemical reactor for GAC regeneration (current density, operating time, pH, type of electrolyte solution, cathodic or anodic regeneration) and SMX oxidation; iii) assessment of the ability of the GAC to be regenerated in 5 consecutive cycles. The GAC loaded after 24 hours in agitation with a synthetic solution of SMX was subjected to desorption in electrolytic solution without application of the electrochemical process. In this condition, SMX showed better desorption at basic pH due to charge repulsion between SMX and charcoal. In the electrochemical tests, the operational conditions were maintained: 10 g of GAC loaded after 24 hours in agitation with the SMX solution; 1 L of electrolyte solution; concentration of the solution at 5 g/L; source in galvanostatic mode; recycle flow of 75 L/h; temperature at 20 °C; batch process. For the best operating conditions in the electrochemical reactor, it was verified after the 48 tests carried out that, efficiency close to 100% of regeneration of the GAC loaded without detection of SMX in the aqueous medium at the end of one of the tests was found when used: 5 mA/ cm², 15 min of operation, NaCl solution (5 g/L), neutral pH and anodic regeneration (GAC close to the anode). Total organic carbon (TOC) analyzes showed an increase in concentration throughout the tests, which suggests loss of particulate matter from coal in the liquid medium. From the best conditions in the reactor, the cycles of adsorption and regeneration of the same portion of the GAC were evaluated. There was a loss of 50% of the regeneration capacity of the GAC after the third cycle, whereas in the last one, only 21% of the adsorption capacity of the GAC could be recovered. Thus, this work serves as subsidy for new proposals for in-situ regeneration of GAC loaded with pollutants emerging in tertiary water or sewage treatment processes, in addition to the possibility of oxidation of desorbed EP.