ÁREA: Ambiental
TÍTULO: Viabilidade de Aplicação do Processo Oxidativos Avançados em resíduos de Fluidos de Corte
AUTORES: ELIAS P. TESSARO (USP) ; FABIANE C. FOGO (USP) ; LENY BORGHESAN A. ALBERGUINI (USP) ; MARIA OLIMPIA O. REZENDE (USP)
RESUMO: Os fluídos de corte, utilizados nos processos de usinagem, são constituídos por diversas classes de compostos, como aminas, clorados, aromáticos, entre outros. Além de metais provenientes do processo de manufatura, sendo vedado pelos órgãos regulamentadores o seu lançamento no esgoto. Neste trabalho estudou-se a aplicação de processos oxidativos avançados no tratamento dos resíduos de fluídos de corte sintéticos objetivando a destruição da fase orgânica. Os resultados obtidos mostraram uma redução de 75,7% no Carbono Orgânico Total nos primeiros 10 minutos de reação e 75% na Demanda Química de Oxigênio. Detectou-se a presença de metais pesados necessitando, portanto a aplicação de precipitação para sua remoção e assim fazer o descarte dentro dos limites impostos pela legislação local.
PALAVRAS CHAVES: fluido de corte, resíduos, processo oxidativo avançado.
INTRODUÇÃO: Na grande maioria dos processos de usinagem é necessário o emprego de um agente – fluido de corte – que desempenha diversas funções com o propósito de obter benefícios tecnológicos no processo (Dias 2006). A utilização de fluídos de corte na usinagem faz da indústria metal-mecânica um agente agressor do ambiente, chegando mesmo, a geração de efeitos nocivos ao trabalhador. Contaminação do solo, lençol freático e rede de coleta de esgoto são os principais problemas decorrentes de derramamentos de fluídos de corte durante seu transporte e armazenamento.
Há evidências do aumento do risco de câncer, em diferentes órgãos do corpo humano, associados com utilização de fluídos de corte (NIOSH 2007). Os fluídos sintéticos são constituídos de uma grande gama de produtos químicos, podendo conter componentes carcinógenos, como a N-nitrosamina. A maioria destes fluidos caracteriza-se por: alcalinidade (pH entre 7,8 e 10,2); elevadas cargas orgânicas e constituídas de cadeias não ramificadas.
Para o tratamento dos resíduos de fluídos de corte sintéticos aplicou-se Processos Oxidativos Avançados (POA), que são processos químicos caracterizados por sua capacidade de oxidação total ou parcial de compostos orgânicos, resultando, neste último caso, no aumento da biodegradabilidade (J. Sanz 2003; ALBERTINI 2005).
Os POA são aqueles em que radical hidroxila (.OH) participa como principal agente oxidante. Trata-se de uma espécie de elevado poder oxidante, que permite a completa mineralização de inúmeras espécies orgânicas, em tempo relativamente curto. Dentre todos os possíveis agentes oxidantes o peróxido de hidrogênio foi escolhido devido ao seu baixo custo e alto poder de oxidação, além de ser facilmente manuseado.(Comninellis 1992; El Baraide 1996; Jardim 2004).
MATERIAL E MÉTODOS: Os fluídos de corte sintético utilizado como amostras são provenientes do Núcleo de Manufatura Avançado (NUMA), Departamento de ENGENHARIA MECANICA da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP) .Os produtos químicos, como sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O) e peróxido de hidrogênio (10v/v) foram utilizados na produção de radicais hidroxila. Nesse experimento avaliou-se a diminuição no carbono orgânico total (COT) em função do tempo de reação, retirando-se alíquotas da solução em intervalos de tempo definido e utilizando-se uma solução contendo iodeto de potássio (KI 0,1M), sulfito de sódio (Na2SO3 0,1M) e hidróxido de sódio (NaOH 0,1M) para interromper a oxidação da matéria orgânica.
Para a realização do experimento utilizou-se um balão de três saídas, agitador magnético, termômetro, funil de separação e um condensador com saída para gás. ( as bocas e o acoplamento parecia que seu equipo ia a Lua). Adicionou-se ao balão 500mL da amostra juntamente com 2,5 gramas de sulfato ferroso heptahidratado (FeSO4.7H2O) p.a. A mistura foi deixada sob agitação até a dissolução completa do sal. Ajustou-se o pH entre 3-5, utilizando ácido sulfúrico. Após o ajuste do pH adicionou-se 200mL de peróxido de hidrogênio por um período de 80 minutos através de gotejamento (47 gotas/min.) utilizando o funil de separação. A cada dez minutos de reação foi retirada uma alíquota de 5mL e adicionado 2mL da solução para interromper a reação.
Transcorrendo um período de duas horas a solução foi neutralizada, utilizando uma solução saturada de hidróxido de sódio, observando a formação de um precipitado de hidróxido de ferro, após a sua completa precipitação e decantação a solução é filtrada e é caracterizada por espectrometria de chama e COT.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Durante o processo de oxidação observa-se a formação de flocos proveniente do rompimento das ligações do fluído de corte. A adição do reagente, peróxido de hidrogênio, iniciou no tempo zero e terminou depois de 80 minutos. As alíquotas foram coletadas durante a adição do reagente, após seu término a solução foi mantida em agitação por mais uma hora. Na Figura 1, encontram-se os valores de COT e o percentual de redução na matéria orgânica presente na solução.
Figura 1: Redução do COT em função do tempo de reação
Na análise dos metais presentes no material residual, oriundos do processo de usinagem, verificou-se a presença de chumbo, níquel, cromo, ferro, zinco e alumínio, sendo os 4 primeiros a níveis acima dos limites para descarte. Na Figura 2 pode ser verificado a concentração dos metais presentes na solução antes e após o processo de tratamento e o limite de descarte dos mesmos para águas doces de classe 2 de acordo com a Resolução Conama nº357 de 17 de março de 2005 (ND significa valor não detectado pelo aparelho) (CETESB 2005).
Figura 2: Concentração de metais e limites de descarte
Com os dados da Figura 2 observou-se uma grande redução nas concentrações dos metais presentes na solução, estando de acordo com os limites de descarte.
A solução resultante do processo de oxidação apresentou uma redução de 75% na Demanda Química de Oxigênio DQO, sendo satisfatório para seu descarte.
Como as medidas do valor de DQO de uma solução são utilizadas como um parâmetro global indicando o conteúdo orgânico de águas residuárias e superficiais, e bastante utilizado no monitoramento de estações de tratamento de efluentes líquidos, uma redução de 75% na DQO, atesta a aplicabilidade do processo Fenton na destruição de fluidos de corte.
CONCLUSÕES: O processo de oxidação utilizando Sistema Fenton mostrou-se eficiente no tratamento de resíduos de fluidos de corte. A reação é muito rápida onde nos primeiros 10 minutos de reação observou-se uma redução de 75% no COT. A neutralização mostrou-se eficiente na precipitação dos metais presentes, estando o sobrenadante dentro dos limites de descarte exigidos pelos órgãos fiscalizadores.A análise de DQO apresentou uma redução de 75%, o que confirma a aplicabilidade do Processo Fenton no tratamento de fluidos de corte sintéticos.
AGRADECIMENTOS: Ao CNPq, Laboratório de Tratamento de Resíduos Químicos-São Carlos, Reitoria-USP e Laboratório de Química Ambiental – IQSC-USP, NUMA-USP
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALBERTINI, L. A. S., L. C.; REZENDE, M. O. O. (2005). Tratamento de Resíduos Químicos: Guia Prático para Solução dos Resíduos Químicos em Instituições de Ensino Superior. São Carlos.
CETESB (2005). Resolução CONAMA n 357, Conselho Nacional do Meio Ambiente
COMNINELIS, C. (1992). "Eletrochemical Treatment of Waste Water Containing Phenol." Eletrochemical Engineering and Environment 92: 189-201.
DIAS, A. M. P. B., D. M.; CARVALHO-PINTO, C. R. S.; MATIAS, W. G. (2006). Avaliação da toxicidade aguda de fluidos de corte utilizados em processos de usinagem usando como organismo-teste Poecilia reticulada e Daphnia magna. Revista do Centro de Ciências Biológicas da UFSC. 19: 7 - 13.
EL BARAIDE, M. A. (1996). "Cutting Fluids: Part I: Characterization. ." Journal of Materials Processing Technology 56: 786-797.
J. SANZ (2003). "Microwave and Fenton´s reagent oxidation of wastewater." Environmental Chemistry: 45-50.
JARDIM, W. F. (2004). "Prodessos oxidativos avançados - Conceitos teóricos."
NIOSH. (acessado em 1 de junho de 2007). "www.cdc.gov/niosh."
