Autores
Freitas, V.S. (ULBRA) ; Schmitt, M.A. (ULBRA)
Resumo
As indústrias têxteis geram altos volumes de efluentes de grande complexidade
química, composição heterogênea e difícil. Com o intuito de avaliar a eficiência
da aplicação de ozônio no tratamento do efluente de uma indústria têxtil,
realizou-se a construção de uma coluna piloto de absorção com o objetivo de
analisar a eficácia da aplicação de ozônio na redução dos parâmetros cor e Demanda
Química de Oxigênio(DQO). Após tratamento, houve redução média de 40% do parâmetro
cor verdadeira e redução média de 53,3%, do parâmetro cor aparente e do parâmetro
DQO redução média de 80,4%, assim demonstrando que a ozonização, se também
combinada com outros tratamentos, melhora a qualidade do efluente tratado e reduz
o consumo de produtos químicos.
Palavras chaves
Efluente têxtil; coluna de absorção; Ozonização
Introdução
As indústrias têxteis geram grandes volumes de efluentes não aproveitados no
processo, em que a água é fundamental, pois atua como solvente de produtos
químicos, mas também nas inúmeras lavagens e enxagues dos tecidos. Os produtos
têxteis necessitam, em média, de 75 litros de água para cada quilograma do
substrato tratado (RUSCHIONI, 2007). O efluente gerado neste tipo de indústria
possui altos níveis de coloração, devido aos corantes e pigmentos que não foram
aderidos à fibra durante o processo de tingimento (SOMENSI Et al., 2007).
As fontes principais de efluentes gerados pela indústria têxtil são oriundos do
alvejamento e lavagem, originados dos processos de branqueamento das fibras
naturais, do tingimento e acabamento final. A grande variedade de corantes,
auxiliares de acabamento e fibras, geram efluentes de grande complexidade
química e composição heterogênea, tornando-se de difícil tratamento por
processos convencionais (NUNES, 2004; VANDEVIVERE Et al.,1998).
O problema da cor está diretamente associado ao uso de corantes, em especial,
aos corantes solúveis em água, onde menos de 25% são adsorvidos pela trama do
tecido. Deste modo, nota-se que a quantidade de efluente têxtil é relevante,
pois os corantes utilizados são moléculas orgânicas estruturadas de difícil
degradação biológica (HASSAMER; SENS, 2002).
Em efluentes de polimento de fibras naturais, são comuns altos teores de matéria
orgânica, que variam, em média, de 600 mg/L a 2000 mg/L, e grandes concentrações
de sólidos suspensos totais (cerca de 3000 mg/L). O teor de sólido em suspensão
varia de 30 a 50 mg/L, originados da remoção de impurezas como cera, sabão,
solventes, detergentes, etc. Há, também, presença de compostos recalcitrantes
tóxicos (ALMEIDA, Et al., 2004; BELTRAME, 2000).
Os Processos Oxidativos Avançados - POAs têm recebido maior visibilidade nos
últimos anos por serem considerados tecnologias limpas, com baixo custo de
operação e alta eficiência na degradação de vários compostos. Podem ser
utilizados para a degradação de compostos orgânicos em fase aquosa ou adsorvidos
numa matriz sólida (MOLINARI Et al.,2002; MIERZWA e HESPANHOL, 2005; QUEIROZ
Et al., 2011).
Nos POAs, o processo de oxidação consiste na formação do radical hidroxila
(•OH), que atua como principal agente oxidante. Esses radicais possuem um
potencial altamente oxidante (E0 = 2,8 V), sendo que a baixa seletividade torna-
se a principal característica do uso dos POAs no tratamento de efluentes
(LEDAKOWICZ Et al., 2001; LÓPEZ CISNEROS Et al., 2002 ; ANDREOZZI Et al., 1999 ;
QUEIROZ Et al., 2011 ).
O ozônio é um gás incolor a temperatura ambiente com fórmula molecular O3.
Devido ao seu elevado potencial de redução (Eo = 2,07 V), é capaz de reagir com
inúmeros compostos orgânicos. Em pH básico ou na presença de Peróxido de
Hidrogênio ou radiação UV, o ozônio decompõe-se formando radicais hidroxila com
potencial de redução ainda mais elevado (Eo = 2,80 V). Deste modo, a oxidação de
compostos orgânicos durante a ozonização pode ocorrer via ozônio molecular
(reação direta - em meio ácido - ozonólise) ou radical hidroxila (reação
indireta - em meio básico – Processo oxidativo avançado). Em pH neutro, ambas
oxidações podem estar atuando. No entanto, em pH elevado (> 8) é considerado um
processo oxidativo avançado por causa da geração de radicais hidroxila
(FERREIRA, 2008; ALVES, 2013; MAHMOUND E FREIRE, 2007; BELTRÁN, 2003).
Devido à instabilidade do ozônio sob condições normais de tratamento de água e
efluentes, o mesmo deve ser gerado “in sito” e utilizado imediatamente. As
técnicas de geração de ozônio mais importantes são a descarga elétrica e a
eletrólise, pois apresentam uma maior taxa de conversão do oxigênio em ozônio em
uma grande escala (BILA, 2005; ALMEIDA Et al., 2004). A técnica de
fotoirradiação com luz UV também pode ser utilizada, porém, é a menos usual.
A produção de ozônio por incidência de raios ultravioleta ocorre por um processo
fotoquímico onde a energia é fornecida pela luz (VALDAMERI, 2006). A luz
ultravioleta é emitida por lâmpadas de mercúrio de baixa pressão, em uma faixa
de 184,9 nm, em que reage com o oxigênio presente nas moléculas do ar para gerar
o ozônio (DEVINS, 1956).
O reator tem a função de realizar contato entre o ozônio e a solução ozonizada.
No processo de absorção, uma mistura gasosa entra em contato com um líquido,
denominado solvente, que dissolve de maneira seletiva um ou mais componentes por
transferência de massa entre o líquido e o gás. São denominados de solutos
componentes transferidos para o líquido (SEADER; HENLEY, 1998). Assim, este
estudo tem por objetivo aplicar um POA em um efluente de indústria têxtil, por
meio da aplicação de ozônio ao efluente em uma coluna de absorção para a
avaliação da eficácia do processo, através de análises dos parâmetros físico-
químico do efluente bruto e tratado.
Material e métodos
O efluente utilizado para realizar os ensaios de ozonização foi oriundo de uma
Indústria de Tinturaria de Tecidos, onde foi adicionado corante do tipo direto e
dispersante para tornar o mesmo mais pigmentado. O pH do efluente foi corrigido
para 8, pois promove a geração de radicais hidroxila de baixa seletividade.
Para realizar os ensaios de ozonização, foi confeccionada uma coluna de absorção
utilizando um tubo de PVC com diâmetro de 100 mm. O ozônio foi dosado no sistema
através de uma pedra porosa. O interior da coluna foi recheado com anéis de
Rasching, onde foram utilizados anéis de tubo de PVC com alturas variadas de 2
cm a 5 cm. Na parte superior da coluna, foi utilizado um cap perfurado. Foi
instalada uma torneira de PVC na altura de 58 cm para retirar as amostras do
efluente durante os ensaios de ozonização. A coluna consiste em um reator
batelada, alimentado com 4L de efluente têxtil pelo topo, sendo a mesma acoplada
em um pedestal de metal.
O funcionamento do sistema dá-se da seguinte forma: o ar atmosférico é capturado
e pressurizado no interior do gerador de ozônio do tipo Fotoirradiação por luz
UV da marca Grako POA. A mangueira plástica acoplada no gerador serve para
transferir o ozônio gerado no equipamento para a base da coluna, sendo que o
difusor poroso localizado em sua extremidade realiza a transferência de massa
entre gás (ozônio) e líquido (efluente). Os anéis de Rasching são utilizados com
o objetivo de reter o gás e obter um melhor aproveitamento oxidativo do mesmo. A
operação da coluna consiste em fluxo ascendente de gás e descendente de líquido,
sendo que o ozônio não absorvido na fase líquida (efluente) sai pelo topo da
coluna. O mesmo foi adaptado de acordo com o sistema proposto pelos autores
Hassemer e Sens (2002).
Os ensaios de ozonização na coluna piloto de absorção tiveram duração de 1 hora
e foram realizados em triplicata. Foi utilizada a vazão de ar máxima do
ozonizador para a realização dos ensaios. Não foi realizada a limpeza da coluna
de absorção após cada ensaio de ozonização.
No fim do experimento, foram realizadas as análises dos parâmetros pH, turbidez,
sólidos totais fixos, sólidos totais voláteis, DQO, cor aparente e cor
verdadeira no efluente bruto e no efluente ozonizado, com o objetivo de analisar
a eficácia do ozônio no tratamento do efluente têxtil. Na figura 1 a
coluna de absorção utilizada nos ensaios de ozonização.
Resultado e discussão
Concentração de ozônio e fluxo produzido pelo ozonizador:
Foi utilizado o método iodométrico para quantificar a produção de ozônio (O3)
gerado pelo ozonizador do tipo Fotoirradiação por luz UV da marca GRAKO POA.
Esse método está descrito na literatura (Standard Methods for the Examination of
Water and Wastewater, 2005, Método 2350E) e consiste em analisar o ozônio
residual na fase (corrente) gasosa (off-gás), através do borbulhamento, no fundo
de dois frascos de vidro lavadores de gás de 500mL conectados em série, do
ozônio residual (lavagem do gás rico em ozônio) em uma solução com 200 mL de
iodeto de potássio (KI) 2%.
Após 5 minutos de borbulhamento com a vazão máxima de ar do ozonizador,
realizou-se a acidificação das amostras com ácido sulfúrico (H2SO4) 2 mol/L e,
em seguida, foi realizada a titulação das mesmas com tiossulfato de sódio
(Na2S2O3) para determinar o ozônio que reagiu.
Obteve-se uma produção total de 1,29 gO3/h, uma dosagem total de 137,6 mg/L e
uma concentração de ozônio no fluxo de ar de 0,3225 mg/L. Castilhos (2015)
utilizou um fluxômetro para medir a vazão de ar no gerador de ozônio pelo
processo corona. Ele manteve uma vazão de ar de 4 L/min em seu trabalho, e
verificou que a produção de ozônio utilizada no tratamento do efluente de uma
lavanderia têxtil foi de 292,0 mgO3/h, ou seja, menor do que a produção (gO3/h)
utilizada neste trabalho.
Resultados dos parâmetros físico-químicos: bruto e tratado podem ser vistos nas
tabelas 1 e 2.
pH
Primeiramente foi realizada a correção do pH do efluente bruto para 8,21, pois
neste pH, há a geração de radicais hidroxila de baixa seletividade e de
potencial altamente oxidante. Após os ensaios de ozonização, obteve-se um pH
médio de 7,21, ou seja, houve uma redução média de 12,2 % em comparação com o
efluente bruto.
Turbidez
A média dos valores obtidos da turbidez para o efluente bruto foi de 20,5 NTU.
No entanto, houve um grande aumento deste parâmetro para o efluente ozonizado,
onde a média dos valores ficou em 133,7 NTU. De acordo com Lin e Lin (1993 apud
Hassemer e Sens, 2002), a turbidez aumenta com o passar do tempo de ozonização,
devido ao aumento de sólidos suspensos durante o processo. Ocorre também a
coagulação dos coloides durante os ensaios de ozonização, o que promove o
aumento da turbidez com o passar do tempo de contato entre o efluente e ozônio.
Sheng e Chi (1993) e Tzitzi et. tal. (1994), a ozonização consegue remover
totalmente a turbidez e a cor em efluentes que apresentam resíduos com baixa
resistência a degradação. No entanto, a ozonização não é suficiente sozinha no
tratamento de efluentes que apresentam resíduos de corante de média a alta
resistência ao processo, mostrando reduzir cor, mas não sendo suficiente para
reduzir a turbidez, sendo necessário, neste caso, realizar o uso de coagulantes
ou polímeros para reduzir este parâmetro.
Sólidos totais fixos e voláteis
A média dos valores obtidos para o parâmetro sólidos totais fixos para o
efluente bruto resultou em 11403 mg/L e de 11136 mg/L para o efluente ozonizado,
ou seja, uma eficiência de remoção média de apenas 2,34%, o que demostra que
após os ensaios de ozonização o efluente deve passar por outra etapa de
tratamento, como uma operação unitária de filtração, por exemplo, visando a
retenção de sólidos presentes.
Para o parâmetro sólidos totais voláteis, a média dos valores obtidos para o
efluente bruto resultou em 10730 mg/L e de 10413 mg/L para o efluente ozonizado,
ou seja, uma eficiência de remoção média de 2,95 %. O ensaio 1 foi o que
apresentou uma maior eficiência de remoção tanto para sólidos totais fixos de
4,4%, como para sólidos totais voláteis de 10,25% em comparação com o valor
médio dos sólidos totais voláteis e fixos do efluente bruto, devido ao fato de
ser o primeiro ensaio realizado na coluna de absorção, demonstrando a
necessidade de realizar a lavagem interna da coluna de absorção antes de
realizar um novo ensaio.
DQO
O efluente bruto apresentou uma elevada DQO de 2761 mg/L. Após os ensaios de
ozonização, foi obtida uma média de redução de DQO dos 3 ensaios de ozonização
de 541mg/L, ou seja, uma redução média de 80,4%, um resultado muito
satisfatório. O ensaio 3 foi o que obteve o melhor resultado, com uma remoção de
DQO de 85,11% em comparação com o efluente bruto. Castilhos (2015) obteve uma
redução média de 70% da DQO no tratamento de um efluente de uma lavanderia
têxtil. Somensi et. al. (2007) obtiveram uma redução de DQO de apenas 22,5% no
tratamento de um efluente têxtil. Rodrigues (2004) observou em seu trabalho que
concentrações de ozônio acima de 3,0 g/L resultam em maiores remoções de DQO.
Cor aparente e cor verdadeira
Os 3 ensaios de ozonização obtiveram um valor médio de cor verdadeira de 1722,7
mg Pt-Co/L e uma redução média de 40%. O ensaio 2 foi o que apresentou o melhor
resultado, com 44,9% de redução de cor verdadeira em comparação com o efluente
bruto.
Os 3 ensaios de ozonização obtiveram um valor médio de cor aparente de 4667 mg
Pt-Co/L e uma redução média de 53,3%. O ensaio 1 foi o que apresentou o melhor
resultado, com 60% de redução de cor aparente em comparação com o efluente
bruto.
Neste trabalho, a remoção média da cor aparente foi 13,3% maior do que a remoção
média da cor verdadeira. Castilhos (2015) obteve uma remoção média de 52,2% para
cor aparente, ou seja, um pouco menor do que o resultado obtido neste trabalho.
Oliveira et. al. (2014) empregou uma vazão de ozônio de 6,5 g/h, obtendo 90% da
remoção de cor em 2 minutos de ozonização em uma vazão de 6,5 gO3/h. É
importante salientar que a diferença dos resultados obtidos entre os autores
deve-se a diferença de equipamentos utilizados nos ensaios de ozonização, bem
como a composição de cada efluente utilizado.
De acordo com Franco et. tal. (2008) e Hao et. tal. (2000) há uma diferença
entre a descoloração total da solução do corante e a degradação total
(mineralização) das moléculas do corante, onde a descoloração por ozonização
ocorre com a remoção das ligações cromóforas, mas muitos subprodutos da molécula
degradada podem permanecer estáveis em solução. Isso explica o fato de não
ocorrer à remoção total do corante no efluente, sendo necessária uma etapa de
tratamento posterior.
Coluna piloto de absorção
Resultados físico-químicos bruto e tratado
Conclusões
Após os ensaios de ozonização, houve uma redução média de 12,2% do pH do
efluente ozonizado em comparação com o efluente bruto. Sugere-se realizar os
ensaios de ozonização em diversos pHs alcalinos, pois observou-se o consumo da
alcalinidade para reduzir os parâmetros físico-químicos, pois em pHs mais
alcalinos há a geração de mais radicais hidroxilas e consequentemente uma maior
redução dos mesmos.
A ozonização não foi suficiente sozinha no tratamento do efluente têxtil para a
redução dos parâmetros sólidos suspensos, sólidos totais fixos e sólidos totais
voláteis, demonstrando a necessidade do uso de coagulantes ou polímeros e a
separação para a retenção dos sólidos, visando reduzir estes parâmetros.
O efluente bruto apresentou uma elevada DQO de 2761 mg/L e após os
ensaios de ozonização, foi obtida uma redução média de 80,4%, um resultado muito
satisfatório, demonstrando que o sistema proposto neste trabalho foi muito
efetivo para a remoção deste parâmetro.
Os ensaios de ozonização obtiveram um valor médio de cor verdadeira de
1722,7 mg Pt-Co/L e uma redução média de 40%. Para o parâmetro cor aparente, os
ensaios de ozonização obtiveram um valor médio de 4667 mg Pt-Co/L e uma redução
média de 53,3%, sendo necessária uma etapa de tratamento posterior.
Apesar da complexidade do efluente utilizado, a coluna piloto de
absorção desenvolvida neste trabalho apresentou-se eficiente para realizar os
ensaios de ozonização. Observou-se a necessidade da adição de mais uma coluna de
absorção interligada à coluna já existente, com o objetivo de aumentar a
transferência de massa entre ozônio e efluente e consequentemente, aumentar a
eficiência no tratamento do efluente têxtil.
Conclui-se que a ozonização foi muito efetiva para a redução da DQO. Ao
ser combinada com outros tratamentos, melhora a qualidade do efluente tratado e
reduz o consumo de produtos químicos, sendo uma alternativa muito viável
economicamente para as indústrias do segmento têxtil.
Agradecimentos
UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL - ULBRA
GRAKO ENGENHARIA
LM - LEARN WITH MAURÍCIO SCHMITT
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