Electrocoagulation as post-treatment of the effluent from a vertical flow constructed wetland

Goerck, Janaina; Wolff, Delmira Beatriz; Araújo, Ronaldo Kanopf de; Decezaro, Samara Terezinha

doi:10.1590/S1413-415220190068

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Engenharia Sanitaria e Ambiental

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Sumário

Artigo Técnico • Eng. Sanit. Ambient. 26 (1) • Jan-Feb 2021 • https://doi.org/10.1590/S1413-415220190068 copy

Electrocoagulation as post-treatment of the effluent from a vertical flow constructed wetland

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ABSTRACT

Electrocoagulation (EC) was applied as a tertiary treatment for the effluent of a vertical flow constructed wetland (VFCW). The EC system was composed of a cylindrical glass reactor (1 L) and aluminum electrodes connected to a DC power supply. The study was developed in two stages. In the first, the reactor operating conditions were set by a 3² (3×3) two-factor experiment, quantitative × quantitative, analyzing current intensity and time (current × time). Based on the results, the linear regression resulted in the combination of 1.3 A and 18 min, with an electric operation cost of 2.71 $.m⁻³. Next, the monitoring stage was conducted for four months, applying the EC under the established conditions. The mean removal efficiencies were 99.6% for P-PO₄^3-, 20.6% for N-NO₃⁻, 2.37 log of total coliforms, 2.35 log of Escherichia coli, 84.8% for chemical oxygen demand, 94.9% for turbidity, 95% for apparent color, an increase of 18.9% in pH and of 18.6% in temperature, and a decrease of 15.8% in electrical conductivity. The treatment showed high and homogeneous pollutant removal efficiencies, mainly for P-PO₄^3-, indicating that the EC produces an effluent with lower polluting potential and it is recommended in the tertiary treatment of domestic wastewater.

Keywords:
coagulation; wastewater; coliforms removal; phosphorus removal; nutrients removal

Fatores	Níveis
Intensidade de corrente	0,50 A	1 A	1,50 A
Tempo	10 min	20 min	30 min

	TRATAMENTO		Turbidez (UNT)	pH	CE (µS.cm⁻¹)	Temperatura (°C)
Teste	Corrente (A)	Tempo (min)	Turbidez (UNT)	pH	CE (µS.cm⁻¹)	Temperatura (°C)
1	0,50	10	53,60 ± 0,26	8,12 ± 0,02	920,70 ± 0,56	24 ± 0,40
2	0,50	20	34,83 ± 0,15	8,30 ± 0,09	907,23 ± 7,51	25 ± 0,12
3	0,50	30	8,17 ± 0,21	8,47 ± 0,09	894,81 ± 4,62	25 ± 0,74
4	1	10	16,93 ± 0,19	8,38 ± 0,03	857,80 ± 0,80	24 ± 0,06
5	1	20	4,93 ± 0,12	8,86 ± 0,04	797,77 ± 2,26	26 ± 0,12
6	1	30	11,83 ± 0,15	8,90 ± 0,08	732,67 ± 5,92	26 ± 0,25
7	1,50	10	4,97 ± 0,05	8,59 ± 0,09	799 ± 12,68	26 ± 0,25
8	1,50	20	8,14 ± 0,25	8,94 ± 0,13	719,68 ± 11,28	28 ± 0,12
9	1,50	30	23,32 ± 0,70	9,15 ± 0,06	671,93 ± 7,30	30 ± 0,21

FV	Quadrado Médio
	(valor p)
	GL	pH	CE	Turbidez	Temperatura
Corrente	2	0,835	51.855,348	1.264,395	30,640
Corrente	2	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.
Tempo	2	0,540	22.139,431	303,007	8,858
Tempo	2	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.
Corrente × tempo	4	0,022	4.316,594	828,865	3,967
Corrente × tempo	4	(0,024)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.	(0,000)^* * Efeito significativo a 5% de probabilidade de erro; FV: fator de variação; GL: graus de liberdade; pH: potencial hidrogeniônico; CE: condutividade elétrica; CV: coeficiente de variação.
Erro/resíduo	18	0,006	48,553	0,086	0,122
Total corrigido	26	−	−	−	−
CV (%)		0,90	0,88	1,58	1,14

Variável	Equação	R²	R²_ajustado
Turbidez (UNT)	$\begin{matrix} 162, 346 - 171, 360 C + 43, 762 C^{2} - 5, 26 T + \\ 0, 038 T^{2} + 3, 189 CT \end{matrix}$	0,959	0,949
pH	$\begin{matrix} 7, 054 + 1, 334 C - 0, 476 C^{2} + 0, 052 T - \\ 0, 001 T^{2} + 0, 011 CT \end{matrix}$	0,944	0,931
CE (µs.cm⁻¹)	$\begin{matrix} 1.071, 543 - 258, 717 C + 91, 258 C^{2} - 1, 413 T + \\ 0, 046 T^{2} - 5, 059 CT \end{matrix}$	0,981	0,977
T (°C)	$\begin{matrix} 26, 567 - 8, 200 C + 3, 8002 C^{2} + 0, 067 T - \\ 0, 004 T^{2} + 0, 198 CT \end{matrix}$	0,952	0,941

Corrente (A)	Tempo (min)	∂ (A.m⁻²)	m (g)	U (V)	COE (R$.m⁻³)
1,3	18	120	0,13	15,81	2,71

Parâmetro	Afluente	Efluente	Percentual de Remoção (%)	CV (%)
P-PO₄⁻³ (mg.L⁻¹)	8,91 ± 1,96	n.d.	> 99,65 ± 0,1	0,10
N-NO₃⁻ (mg.L⁻¹)	22,58 ± 5,28	17,83 ± 4,65	20,60 ± 14,40	69,97
Coliformes totais (NMP.100 mL⁻¹)	7,92×10⁶ ± 1,05×10⁷	1,75×10⁴ ± 1,31×10⁴	99,58 ± 0,26 (2,37 log)	0,26
Escherichia coli (NMP.100 mL⁻¹)	1,61×10⁶ ± 1,69×10⁶	5,59×10³ ± 4,07×10⁴	99,55 ± 0,30 (2,35 log)	0,40
DQO (mg.L⁻¹)	291,19 ± 80,40	44,95 ± 22,65	84,86 ± 5,84	6,89
Turbidez (UNT)	123 ± 35,01	5,84 ± 1,38	94,97 ± 1,54	1,62
Cor (uC)	1.386,33 ± 618,52	62,38 ± 15,29	95,09 ± 1,41	1,49
pH	7,14 ± 0,12	8,80 ± 0,10	18,92 ± 1,66	8,76
CE (µS.cm⁻¹)	905,15 ± 110,70	762,69 ± 100,41	15,80 ± 3,12	19,76
Temperatura (°C)	19,15 ± 1,91	23,55 ± 1,74	18,60 ± 6,13	32,97

Parâmetro	Faixa Afluente	Faixa Efluente	Faixa Percentual de Remoção (%)
P-PO₄⁻³ (mg.L⁻¹)	5,76 – 11,82	n.d.	> 99,48 – 99,75
N-NO₃⁻ (mg.L⁻¹)	13,06 – 30,60	7,67 – 25,45	0 – 41,30
Coliformes totais (NMP.100mL⁻¹)	1,68×10⁶ – 3,88×10⁷	3,25×1.010³ – 4,86×10⁴	99,19 – 99,95 (2,09 – 3,32 log)
Escherichia coli (NMP.100mL⁻¹)	5,20×10⁵ – 6,90×10⁶	5,45×10² – 1,45×10⁴	99,07 – 99,94 (2,03 – 3,17 log)
DQO (mg.L⁻¹)	160,44 – 445,99	17,82 – 87,26	71,46 – 91,13
Turbidez (UNT)	77,60 – 200	4,09 – 8,81	92,66 – 97,21
Cor (uC)	850 – 3.063	45,79 – 88,37	92,83 – 97,12
pH	6,90 – 7,32	8,58 – 8,94	16,66 – 21,97
CE (µS.cm⁻¹)	722,40 – 1.097	591,90 – 928,30	10,71 – 21,68
Temperatura (°C)	16 – 23	20,17 – 25,93	10,73 – 30,43

Parâmetro	Efluente	Legislação
Parâmetro	Efluente	CONSEMA 355/2017 (CONSEMA, 2017CONSELHO ESTADUAL DO MEIO AMBIENTE (CONSEMA). Resolução nº 355/2017: Dispõe sobre os critérios e padrões de emissão de efluentes líquidos para fontes geradoras que lancem seus efluentes em águas superficiais no Estado do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 2017.)	CONAMA n° 430/2011 (BRASIL, 2011BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). Resolução nº 430, de 13 de maio de 2011. Diário Oficial da União. Brasília, 2011.)	NBR 13.969/1997^a a Valores de lançamento em águas superficiais classe a (ABNT, 1997ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 13969: Tanques sépticos – Unidades de tratamento complementar e disposição de efluentes líquidos – Projeto, construção e operação. Rio de Janeiro: ABNT, 1997.)
P-PO₄⁻³ (mg.L⁻¹)	n.d.	máx 4^b b faixa de vazões de lançamentos menor que 1.000 m3.d−1	–	< 1
P-PO₄⁻³ (mg.L⁻¹)	n.d.	≥ 75% remoção	–	< 1
N-NO₃⁻ (mg.L⁻¹)	17,83	-	-	< 20
Coliformes totais (NMP.100mL⁻¹)	1,75×10⁴ ± 1,31×10⁴	máx 10⁶^c c vazão de lançamento (Q) faixa 200 ≤ Q < 500 m3.d−1	-	< 1×10³
Coliformes totais (NMP.100mL⁻¹)	1,75×10⁴ ± 1,31×10⁴	≥ 90% remoção	-	< 1×10³
DQO (mg.L⁻¹)	44,95 ± 22,65	330^d d Q < 200 m3.d−1.	-	50
pH	8,80 ± 0,10	6 − 9	6 − 9	6 − 9
Temperatura (°C)	23,55 ± 1,74	40	40	40

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