OXIDAÇÃO ELETROQUÍMICA DE CORANTE AZO RECALCITRANTE UTILIZANDO ELETRODOS DE DIAMANTE DOPADO COM BORO: DESEMPENHO, OTIMIZAÇÃO E IMPLICAÇÕES AMBIENTAIS

Fábio José Roca dos Santos; Marcelo Campos; Cíntia da Silva Santos; Mileidy Guarnieri; Álefe de Oliveira Cáceres; Carlos Nobuyoshi Ide

Authors

Fábio José Roca dos Santos Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Marcelo Campos Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul https://orcid.org/0009-0002-2524-7627 (unauthenticated)
Cíntia da Silva Santos Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul https://orcid.org/0009-0005-3979-413X (unauthenticated)
Mileidy Guarnieri Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul https://orcid.org/0009-0005-1220-9455 (unauthenticated)
Álefe de Oliveira Cáceres Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul https://orcid.org/0009-0005-1400-025X (unauthenticated)
Carlos Nobuyoshi Ide Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul https://orcid.org/0000-0003-0373-2306 (unauthenticated)

Keywords:

Advanced oxidation processes, Taguchi experimental design, Aquatic ecotoxicity, Chemical oxygen demand

Abstract

Electrochemical oxidation has emerged as an efficient alternative for the treatment of industrial effluents containing recalcitrant contaminants. In this study, the degradation of the azo dye Acid Black 2 (AB2) in synthetic tannery wastewater was evaluated using electrochemical oxidation with a boron-doped diamond (BDD) anode. The experiments were carried out in a batch system with recirculation, investigating the influence of initial dye concentration, current density, pH, electrolyte concentration, and reaction time through a Taguchi experimental design (L25). The evaluated responses included color removal, chemical oxygen demand (COD) removal, total organic carbon (TOC) removal, and specific energy consumption. High removal efficiencies were achieved, reaching up to 95.7% for AB2, 97.4% for COD, and 83.6% for TOC. Multi-objective optimization using the desirability function indicated optimal operating conditions associated with acidic pH, low initial dye concentrations, and moderate current densities, allowing high treatment efficiency with reduced energy consumption. Kinetic studies revealed a shift in the degradation mechanism, with second-order behavior under preliminary conditions and first-order kinetics under optimized conditions. Ecotoxicological assays using Artemia salina showed no statistically significant increase in toxicity after electrochemical treatment. Overall, the results demonstrate that electrochemical oxidation using a BDD anode, combined with statistical optimization tools, represents a promising and environmentally safe advanced treatment technology for tannery effluents containing recalcitrant azo dyes.

Author Biographies

Marcelo Campos, Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Doutorado em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos, formado pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais (PGTA) da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul. Minha pesquisa de doutorado concentrou-se na área de eletroquímica, com foco no tratamento de corantes da indústria têxtil. Anteriormente, obtive meu título de Mestre na mesma área e instituição. Sou graduado em Gestão Ambiental pela Faculdade Estácio de Sá - Unidade de Campo Grande, Mato Grosso do Sul. Atualmente, exerço a função de Técnico em Saneamento no Laboratório de Qualidade Ambiental (LAQUA/FAENG/UFMS). Minha experiência profissional abrange as áreas de Gestão Ambiental e Engenharia Ambiental, com especialização em Saneamento e Recursos Hídricos. Possuo experiência direta em diversas áreas, incluindo Qualidade das Águas, Qualidade de Efluentes Domésticos e Industriais, assim como descargas líquidas e sólidas em rios.
Cíntia da Silva Santos, Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Aluna de doutorado no Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais - PGTA/UFMSFormada em nível de mestrado no Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais - PGTA/UFMS. Graduada em Engenharia de Agronegócios pela Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta Redonda (EEIMVR) da Universidade Federal Fluminense. Foi bolsista de Iniciação Científica pela PIBIC, com pesquisa voltada ao tratamento de efluentes industriais utilizando biochar de alface dágua como adsorvente. Estagiou na empresa Dr. Catador.
Mileidy Guarnieri, Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Mestrado em andamento pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais. Possui graduação em Engenharia Ambiental pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (2024). Estagiou na Empresa de Saneamento AEGEA de agosto de 2022 a março de 2024, adquirindo experiência com gestão de ativos, sistemas de saneamento e inteligências artificiais. Atualmente atua como Analista de Engenharia na Empresa de Saneamento AEGEA.
Álefe de Oliveira Cáceres, Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Mestrado em andamento pelo Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais. Engenheiro Ambiental formado pela Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS) no ano de 2024, com afinidade pelas áreas de recursos hídricos e tecnologias de controle de poluição. Atuação em dois estágios, sendo um em fiscalização ambiental (IMASUL) e outro em saneamento básico (SANESUL). Concomitantemente houveram participações em projetos de pesquisa em saneamento básico, monitorias voluntárias na área de Geoprocessamento, bem como iniciação científica voluntária estudando Processos Oxidativos Avançados aplicados na remoção de contaminantes emergentes. As atividades citadas permitiram o desenvolvimento de conhecimentos multidisciplinares englobando a linha de pesquisa citada, bem como experiência em laboratório, desenho digital (CAD) e técnicas de geoprocessamento (GIS).
Carlos Nobuyoshi Ide, Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul

Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Mato Grosso (UEMT), atual UFMS, em 1977. Mestre em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1984) e doutorado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (1994). Atualmente é professor Titular da UFMS. Criou o Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Ambientais e o Curso de Graduação em Engenharia Ambiental, ambos da UFMS. Medalha da Ordem do Mérito de Egresso do Curso de Graduação em Engenharia Civil da UFMS (2024). Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, com ênfase em Processos de Tratamento de Água e Esgoto, atuando principalmente nos seguintes temas: Pantanal, Lagoas de Estabilização, Reatores Anaeróbios, Wetlands Construídos, Qualidade das Águas e Efluentes, Eficiência Energética no Saneamento e Hidrossedimentologia.

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