Tratamento de resíduos eletrônicos sólidos e efluentes líquidos oriundos de centros de pesquisa empregando água supercrítica

Abstract

RESUMO: A crescente preocupação ambiental e a possibilidade de esgotamento de matérias-primas não renováveis têm impulsionado a busca por novas tecnologias sustentáveis, com um foco maior na redução das emissões de poluentes. Nesse contexto, a oxidação de biomassas em meio contendo água em condições supercríticas, devido às suas características físico-químicas específicas, surge como uma abordagem promissora para a degradação de compostos orgânicos e a produção de gases combustíveis com alto valor agregado. Neste trabalho, inicialmente, avaliou-se o tratamento via oxidação em água supercrítica de efluentes contaminados com compostos orgânicos persistentes gerados em um laboratório especializado em análises cromatográficas líquidas de alta eficiência. Os testes foram executados em reator tubular, de forma contínua. Em condições operacionais otimizadas por um planejamento experimental do tipo Taguchi, isto é, temperatura de 550 °C, vazão volumétrica de 10 mL min-1, coeficiente de oxidação de 1,5 e concentração da solução de alimentação igual a 30 %, uma redução do carbono orgânico total igual a 99,9 % foi alcançada. Análises de cromatografia gasosa mostram que em condições otimizadas, a composição do gás gerado foi de 68,1 % de CO2, 23,3 % de CH4 e 8,6 % de H2. Visto os resultados positivos na remoção de COT, associou-se o tratamento de efluentes com a degradação de resíduos eletrônicos sólidos, especificamente células solares fotovoltaicas obsoletas. As células solares residuais utilizadas nesse estudo são a base de silício cristalino e categorizadas como de primeira geração. Novamente, foi realizado um delineamento experimental do tipo Taguchi, com o intuito de otimizar a degradação da fração orgânica presente nas células solares obsoletas. A maior taxa de degradação orgânica, igual a 99,6 %, foi obtida a uma temperatura de 550 °C, tempo de reação de 60 minutos, vazão volumétrica de 10 mL min-1 e solução aquosa de alimentação composta por resíduos orgânicos laboratoriais e peróxido de hidrogênio. Após a reação, produto sólido livre de matéria orgânica foi recuperado e caraterizado. Em média, uma eficiência de recuperação de metais de 76 % foi alcançada. Alumínio, Magnésio, Cobre foram identificados como os metais em maior concentração. A fração gasosa resultante do processo de tratamento dos resíduos eletrônicos sólidos era composta por 72,9 % de CO2, seguido por 18,6 % de H2 e 8,6 % de N2. Por fim, a possibilidade de tratar os subprodutos líquidos gerados durante o processamento das placas solares obsoletas a mesma tecnologia, condições de operacionais e aparato experimental foi avaliada

ABSTRACT: The increasing environmental concern and the possibility of depletion of non-renewable raw materials have driven the search for new sustainable technologies, with a greater focus on reducing pollutant emissions. In this context, the oxidation of biomass in supercritical water, due to its specific physicochemical characteristics, emerges as a promising approach for the degradation of organic compounds and the production of high value-added combustible gases. Initially, in this study, the supercritical water oxidation treatment of effluents contaminated with persistent organic compounds generated by a laboratory specialized in high-performance liquid chromatography was evaluated. The tests were conducted in a continuous tubular reactor. Under optimized operational conditions determined by a Taguchi experimental design, specifically, temperature of 550 °C, a volumetric flow rate of 10 mL min-1, an oxidant coefficient of 1.5, and feed solution concentration of 30%, a total organic carbon reduction of 99.9% was achieved. Gas chromatography analyses showed that under optimized conditions, the generated gas composition consisted of 68.1 % CO2, 23.3 % CH4, and 8.6 % H2. Due to the positive results in total organic carbon removal, the treatment of effluents was associated with the degradation of obsolete solid electronic waste, specifically photovoltaic solar cells. The residual solar cells used in this study were based on crystalline silicon and categorized as first-generation cells. Once again, a Taguchi experimental design was employed to optimize the degradation of the organic fraction present in the obsolete solar cells. The highest organic degradation rate, up to 99.6 %, was achieved at a temperature of 550 °C, a reaction time of 60 minutes, a volumetric flow rate of 10 mL min-1, and an aqueous feed solution composed of laboratory organic waste and hydrogen peroxide. After the reaction, the solid product free of organic matter was recovered and characterized. On average, a metal recovery efficiency of 76 % was observed. Aluminum, magnesium, and copper were identified as the metals present in the highest concentrations. The gas fraction resultant from the treatment process of the solid electronic waste consisted of 72.9 % CO2, followed by 18.6 % H2 and 8.6 % N2. Finally, the possibility of treating the liquid byproducts generated during the processing of obsolete solar panels using the same technology, operational conditions, and experimental apparatus was evaluated