Estudo Comparativo de Sistema de Eletrocoagulação Operando por Batelada e em Fluxo Contínuo no Tratamento de Águas

dc.contributor.advisor1Scalize, Paulo Sérgio
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0957896448117207
dc.contributor.referee1Scalize, Paulo Sérgio
dc.contributor.referee2Ruggeri Júnior, Humberto Carlos
dc.contributor.referee3Moruzzi, Rodrigo Braga
dc.creatorCompanhia, Bernardo João Francisco
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4853775222152203
dc.date.accessioned2026-05-08T21:05:51Z
dc.date.available2026-05-08T21:05:51Z
dc.date.issued2026-03-02
dc.description.abstractThe increasing presence of recalcitrant compounds in water and wastewater, such as heavy metals, dyes, fluorides, and pharmaceuticals, has highlighted the limitations of conventional treatment methods due to low efficiency, high consumption of chemical inputs, and the generation of by-products. In this context, electrocoagulation (EC) has emerged as a promising alternative, as it enables in situ generation of coagulants, operational simplicity, and high removal efficiency for a wide range of pollutants. This dissertation aimed to investigate, evaluate, and compare constructive, operational, and hydrodynamic parameters of EC systems operating in batch and continuous-flow modes, in order to support the design of continuous reactors based on batch-scale data. The study was structured into three complementary stages. In the first stage, a systematic scientometric review based on the PRISMA protocol was conducted, analyzing 60 articles indexed in the Scopus and Web of Science databases. The most frequently studied pollutants were chemical oxygen demand (COD), turbidity, and apparent color, with a predominance of aluminum and iron electrodes. Initial pH and electrode spacing were identified as parameters with a positive effect on process efficiency, whereas poorly adjusted increases in current density and electrochemical area negatively affected performance and energy consumption. In the second stage, a cylindrical batch reactor with concentric aluminum electrodes at three different heights (20, 40, and 60 cm) was constructed and operated using filter backwash water (FBW) from a drinking water treatment plant. Experiments conducted under different current densities (3.18 to 9.55 A/m²) demonstrated that the shortest reactor height (20 cm) achieved the highest removal rates, exceeding 97% for turbidity and 93% for apparent color, with kinetics well described by a first-order model. Statistical analyses (ANOVA and Tukey’s test) revealed significant differences among reactor heights only at the initial stages of the process, with removal efficiencies converging at longer reaction times. In the third stage, batch-optimized parameters were transferred to an electrocoagulation reactor operating under continuous-flow conditions, which was previously subjected to hydrodynamic characterization using pulse tracer tests with Methylene Blue. Residence time distribution (RTD) analysis indicated predominantly plug-flow behavior with moderate axial dispersion, with the real hydraulic retention time (4.24 min) close to the theoretical value (4.67 min) and an axial dispersion number of 0.154, demonstrating adequate hydraulic performance for continuous EC application. The performance of the continuous reactor was evaluated at hydraulic retention times ranging from 3 to 7 min using a synthetic solution containing 10 mg/L of fluoride, achieving removal efficiencies of up to 98.25%, higher than those observed in batch operation, along with up to 40% reduction in energy consumption. The transposition coefficients ranged from 1.64 to 1.11, indicating greater performance convergence at higher hydraulic retention times. It is concluded that the transposition of electrocoagulation from batch to continuous-flow operation is technically feasible, provided that structural, operational, and hydrodynamic adjustments are properly implemented to ensure flow stability, high removal efficiency, and energy optimization. The results provide robust guidelines for the design and scale-up of continuous electrocoagulation systems for real water and wastewater treatment applications.eng
dc.description.resumoA crescente presença de compostos recalcitrantes em águas e efluentes, como metais pesados, corantes, fluoretos e fármacos, tem evidenciado limitações dos métodos convencionais de tratamento, em razão da baixa eficiência, elevado consumo de insumos químicos e geração de subprodutos. Nesse contexto, a eletrocoagulação (EC) destaca-se como alternativa promissora, por promover a geração de coagulantes in situ, simplicidade operacional e elevada eficiência de remoção. Esta dissertação teve como objetivo levantar, avaliar e comparar parâmetros construtivos, operacionais e hidrodinâmicos de sistemas de EC operando em batelada e em fluxo contínuo, de modo a subsidiar o dimensionamento de reatores contínuos a partir de dados obtidos em batelada. A pesquisa foi estruturada em três etapas complementares. Na primeira, realizou-se uma revisão cienciométrica sistemática, baseada no protocolo PRISMA, com análise de 60 artigos indexados nas bases Scopus e Web of Science. Identificaram-se como poluentes mais estudados a DQO, turbidez e cor aparente, com predominância do uso de eletrodos de alumínio e ferro, sendo o pH inicial e o espaçamento entre eletrodos apontados como fatores com efeito positivo na eficiência do processo, enquanto incrementos desajustados da densidade de corrente e da área eletroquímica mostraram impacto negativo no desempenho e no consumo energético. Na segunda etapa, foi construído e operado um reator cilíndrico em batelada com eletrodos concêntricos de alumínio em três alturas (20, 40 e 60 cm), utilizando água de lavagem de filtros (ALF) proveniente de uma estação de tratamento de água (ETA). Ensaios sob diferentes densidades de corrente (3,18 a 9,55 A/m²) demonstraram que a menor altura do reator (20 cm) apresentou maiores taxas de remoção, alcançando valores superiores a 97% para turbidez e 93% para cor aparente, com cinética ajustada ao modelo de primeira ordem. Análises estatísticas (ANOVA e teste de Tukey) indicaram diferenças significativas entre as alturas apenas nos instantes iniciais do processo, com convergência das eficiências em tempos mais longos. Na terceira etapa, os parâmetros otimizados em batelada foram transpostos para um reator de eletrocoagulação operando em fluxo contínuo, o qual foi previamente submetido à caracterização hidrodinâmica por meio de ensaios de traçador do tipo pulso com Azul de Metileno. A análise da Distribuição dos Tempos de Residência indicou escoamento predominantemente pistonado com dispersão axial moderada, apresentando tempo de detenção hidráulica real (4,24 min) próximo ao teórico (4,67 min) e número de dispersão axial de 0,154, evidenciando comportamento hidráulico adequado para a aplicação do processo em regime contínuo. O desempenho do reator contínuo foi avaliado para tempos de detenção hidráulica entre 3 e 7 min, utilizando solução sintética contendo 10 mg/L de fluoreto, obtendose eficiências de remoção de até 98,25%, superiores às observadas no modo batelada, associadas a uma redução de até 40% no consumo energético. Os coeficientes de transposição variaram de 1,64 a 1,11, indicando maior convergência de desempenho em maiores tempos de detenção hidráulica. Conclui-se que a transposição da eletrocoagulação da batelada para o fluxo contínuo é tecnicamente viável, desde que sejam considerados ajustes estruturais, operacionais e hidrodinâmicos, garantindo estabilidade do escoamento, eficiência de remoção e racionalização energética. Os resultados obtidos fornecem diretrizes robustas para o dimensionamento e escalonamento de sistemas contínuos de eletrocoagulação aplicáveis ao tratamento de águas e efluentes reais
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás
dc.identifier.citationCOMPANHA, Bernardo João Francisco. Estudo Comparativo de Sistema de Eletrocoagulação Operando por Batelada e em Fluxo Contínuo no Tratamento de Águas. 2026, 127 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Ambiental e Sanitária) - Escola de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15333
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentEscola de Engenharia Civil e Ambiental - EECA (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Ambiental e Sanitária (EECA)
dc.rightsAcesso Embargado
dc.subjectProcessos eletroquímicospor
dc.subjectReatores cilíndricospor
dc.subjectHidrodinâmicapor
dc.subjectParâmetros de projetopor
dc.subjectEscalonamento de sistemaspor
dc.subjectQualidade de águapor
dc.subjectElectrochemical processeseng
dc.subjectCylindrical reactorseng
dc.subjectHydrodynamics design parameterseng
dc.subjectSystem scalingeng
dc.subjectWater qualityeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA SANITARIA::SANEAMENTO AMBIENTAL
dc.titleEstudo Comparativo de Sistema de Eletrocoagulação Operando por Batelada e em Fluxo Contínuo no Tratamento de Águas
dc.title.alternativeComparative Study of an Electrocoagulation System Operating in Batch and Continuous Flow Modes for Water Treatmenteng
dc.typeDissertação

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