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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
CURSO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
Aplicação de Processos Oxidativos Avançados em Efluentes de Gemas
Ricardo Zelinski
Lajeado, Novembro de 2014
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Ricardo Zelinski
Aplicação de Processos Oxidativos Avançados em Efluentes de Gemas
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas do Centro
Universitário UNIVATES, como parte dos requisitos
para a obtenção do título de bacharel em Engenharia
Ambiental.
ORIENTADOR: Profa. Dr
a. Simone Stülp
Lajeado, novembro de 2014
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Ricardo Zelinski
Aplicação de Processos Oxidativos Avançados em Efluentes de Gemas
A Banca examinadora abaixo aprova a Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de
Conclusão de Curso II, na linha de formação específica em Engenharia Ambiental, do Centro
Universitário UNIVATES, como parte da exigência para a obtenção do grau em Bacharel em
Engenharia Ambiental:
Profa. Dr
a. Simone Stülp – orientador
Centro Universitário UNIVATES
Profa. Dr
a. Lucélia Haohne
Centro Universitário UNIVATES
Prof. Dr. Eduardo Miranda Ethur
Centro Universitário UNIVATES
Lajeado, Novembro de 2014
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AGRADECIMENTOS
Agradeço meus pais Luís e Leda, que sempre estiveram nessa jornada, com apoio nas
horas mais difíceis e orientando nesta caminhada com humildade para realizar o meus
objetivos por mais distantes que pareciam estar.
A minha namorada, Fabiele por ter percorrido este caminho tão cheio de pedras
comigo, ajudando-me a percorrer com apoio, dedicação e amor nestes anos todos.
A minha orientadora Drª. Simone Stülp, pela oportunidade de estudo e sua orientação.
A bolsista de iniciação científica Verônica Machado do Núcleo Eletroquímica e
Materiais Poliméricos, pelas suas instruções nas realizações das análises.
A todas as pessoas que acreditaram e proferiram palavras de apoio nesta caminhada.
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“O único lugar que sucesso vem antes de
trabalho, é no dicionário!”
Autor desconhecido
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RESUMO
Uma das grandes responsáveis por danos ambientais é a contaminação por efluentes
industriais, ocasionando impactos principalmente nos recurso hídricos e na cadeia trófica.
Estes impactos são relacionados principalmente por tratamentos ineficientes e gestão
inadequada das empresas. As indústrias de beneficiamento gemas geram efluentes complexos,
provenientes nos processos de tingimentos e lavagem das ágatas, estes processos são usados
corantes orgânicos, inorgânicos e íons metálicos que dificultam o sucesso dos tratamentos
convencionais. Por esta dificuldade o presente trabalho instiga em avaliar uma técnica de
processo oxidativo avançado UV/H2O2 no tratamento de efluentes de tingimento de gemas,
realizando a degradação da matéria orgânica. Para a avaliação foram submetidos dois reatores
fotoquímicos distintos utilizando efluente real, um com otimizações propostas por um estudo
realizado por Loch (2013), e o segundo reator utilizado pelo Núcleo de Eletofotoquímica e
Materiais Políméricos (NEMP). O efluente foi submetido à exposição de uma lâmpada de
vapor de mercúrio de 400 W com uma vazão controlada em luxo ascendente passando no
interior tonando-se parcialmente degradado. As avaliações dos processos foram na
comparação no décimo segundo reciclo, onde foram comparados os resultados de Nitrogênio
Total, Condutividade, pH, Carbono Orgânico Total e turbidez. O desempenho dos reatores no
décimo segundo reciclo foi semelhante onde o reator da NEMP atingiu uma redução de
42,01% na redução de Carbono Orgânico Total (COT) e reator proposto por Loch (2013)
obteve 41,14% no mesmo parâmetro analisado, após passagem por carvão ativado o reator da
NEMP apresentou uma redução de 83,09% e reator de Lock (2013) atingiu 66,69% em COT.
Os ensaios de biotoxicidade aguda na avaliação da fotodegradação do efluente utilizando
sementes alface Lactuca sativa L. foram avaliados no décimo segundo reciclo e após a
filtração por carvão ativado em ambas as células observadas apresentaram redução da
toxicidade.
Palavras chave: Ágatas, Oxidativo Avançado, Efluente Industrial.
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ABSTRACT
One of the great responsible for environmental damage is contamination by industrial
effluents, causing impacts mainly on water resources and the food chain. These impacts are
related mostly ineffective treatments and inadequate management of companies. The
beneficiation gems industries generate complex effluents from the dyeing and washing
processes of agates, these processes are used organic dyes, inorganic and metal ions that
hinder the success of conventional treatments. For this difficulty this work instigates in
evaluating a advanced oxidation process technique UV / H2O2 treatment of dyeing
wastewater gems, performing the degradation of organic matter. For the evaluation underwent
two distinct photochemical reactor using real effluent, with optimizations proposed by a study
by Loch (2013), and the second reactor used by photochemical Eleto Center and polymeric
materials (NEMP). The effluent was subjected to exposure of a 400 W mercury vapor lamp
with a controlled flow in ascending luxury passing inside tonando partially degraded. The
reviews of these cases were compared in the twelfth recycle, where the results of Total
Nitrogen were compared, Conductivity, pH, total organic carbon and turbidity. The
performance of the twelfth recycle reactor was similar NEMP where the reactor achieved a
reduction of 42.01% reduction in total organic carbon (TOC) and Loch proposed by ballast
(2013) obtained analyzed 41.14% for the same parameter, after passing through the activated
carbon reactor NEMP decreased by 83.09% and Lock reactor (2013) reached 66.69% in TOC.
The acute biotoxicity tests in the evaluation of photodegradation of effluent using seeds
Lactuca sativa L. lettuce were evaluated in the twelfth recycle and after filtration by activated
carbon in both the observed cells showed reduced toxicity.
Keywords: Agate, Advanced Oxidative industrial effluent.
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Sistema representativo do reator fotoquímico proposto...........................................32
Figura 2 - Sistema representativo do reator fotoquímico atual.................................................33
Figura 3 - Filtração por carvão ativado.....................................................................................38
Figura 5 - Demonstrativo da decima segunda passagem e após submetidos a filtração com
carvão ativado...........................................................................................................................42
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Desempenho do pH em relação à vazão e número de tratamentos........................36
Gráfico 2 - Desempenho da redução da turbidez em relação a vazão......................................37
Gráfico 3 - Demonstrativo da redução do Carbono Orgânico Total.........................................39
Gráfico 4 - Demonstrativo da redução de Nitrogênio Total.....................................................40
Gráfico 5 - Demonstrativo na redução da turbidez...................................................................41
Gráfico 6 - Representação do desempenho frente à condutividade elétrica.............................43
Gráfico 7 - Desempenho dos reatores frente à avaliação do pH...............................................44
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Tingimento de ágatas com corantes orgânicos........................................................18
Tabela 2 - Tingimento de ágatas com corantes inorgânicos.....................................................19
Tabela 3 - Valores de potencial de alguns oxidantes em Volts................................................22
Tabela 4 - Caracterização do efluente bruto.............................................................................30
Tabela 5 - Demonstrativo dos resultados obtidos pela toxicidade do efluente bruto...............46
Tabela 6 - Resultados da toxicidade do efluente tratado no décimo segundo reciclo no reator
proposto por Loch (2013), e após a filtração por carvão ativado.............................................47
Tabela 7 - Resultados da toxicidade do efluente tratado no décimo segundo reciclo no reator
da NEMP e após a filtração por carvão ativado........................................................................48
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LISTA DE ABREVIATURAS
·OH – Radical Hidroxila
µ – Micro
°C– Grau Celsius
cm – Centímetro
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente
CONSEMA – Conselho Estadual do Meio Ambiente
COT – Carbono Orgânico Total
DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio
DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral
DQO – Demanda Química de Oxigênio
Fe – Ferro
H+
– Hidrogênio
H2O – Água
H2O2 – Peróxido de Hidrogênio
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IBGM – Instituto Brasileiro de Gemas e Metais Precioso
MIDC – Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior
NEMP - Núcleo de Eletroquímica e Matérias Poliméricos
NTU - Unidade nefelométrica de turbidez
mm – Milímetro
NT – Nitrogênio Total
O2 – Oxigênio
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O3 – Ozônio
OH- – Hidróxido
pH – Potencial Hidrogeniônico
POA's – Processos Oxidativos Avançados
TiO2 – Dióxido de Titânio
UV – Ultravioleta
W – Watt
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................14
2 OBJETIVOS.........................................................................................................................16
2.1 Objetivo geral...................................................................................................................16
2.2 Objetivos específicos.........................................................................................................16
3 REFERENCIAL TEÓRICO...............................................................................................17
3.1 Distribuições das gemas....................................................................................................17
3.2 Tingimento de gemas e problemática ambiental............................................................18
3.3 Tratamentos convencionais..............................................................................................20
3.4 Processos oxidativos avançados.......................................................................................21
3.4.1 Peróxido de hidrogênio H2O2........................................................................................22
3.4.2 Peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta H2O2/UV..........................................22
3.4.3 Reação de Fenton H2O2/ Fe2+
.......................................................................................23
3.4.4 Foto-Fenton H2O2/Fe2+
/UV ........................................................................................24
3.4.5 Ozônio e radiação ultravioleta O3/UV.......................................................................24
3.4.6 Dióxido de titânio TiO2...............................................................................................25
4 ASPECTOS LEGAIS..........................................................................................................26
5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS......................................................................28
5.1 Equipamentos e materiais................................................................................................29
5.2 Caracterização do efluente...............................................................................................29
5.3 Processo oxidativo avançado UV/ H2O2..........................................................................30
5.4 Bioensaios de toxicidade aguda........................................................................................34
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6 RESULTADOS E DISCUSSÕES.......................................................................................35
6.1 Processos Oxidativos Avançados (POA's)......................................................................35
6.2 Bioensaios de Toxicidade aguda .....................................................................................46
7 CONCLUSÃO......................................................................................................................50
REFERÊNCIAS......................................................................................................................51
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1 INTRODUÇÃO
O Brasil contém as maiores reservas de água doce planeta, sendo um insumo essencial
na maioria dos processos industriais, apesar disto a maioria da população e as zonas
industriais não se localizam nestas áreas. Segundo Mancuso e Santos (2003), 80% deste
recurso disponível está localizado na Região Amazônica e o restante está localizado nas
outras localidades do país a onde se concentram 95% da população brasileira.
Com o advento do avanço econômico, aquisição de novos padrões de consumo e a
necessidade de desenvolver produtos e serviços que atendam a demanda deste viés imposto
pela sociedade atual, se faz necessário à utilização de tecnologias que impactem em menor
grau no meio ambiente na produção e tratamento dos resíduos gerados nos processos
produtivos.
O setor industrial tem imensa responsabilidade e dinâmica para obter resultados
positivos em inovação de produtos com fabricação mais limpa, com menor geração de
efluentes, resíduos sólidos, e utilização de matérias-primas renováveis tendo em vista a
redução na utilização dos recursos naturais.
O comprometimento das águas tem ocorrido devido principalmente ao intenso
desenvolvimento industrial das ultimas décadas. Para Magossi e Bonacella (2008), o
lançamento industrial sem seu devido tratamento despejam cargas poluidoras nos mananciais
utilizados pelas populações destas regiões.
A contaminação dos mananciais por efluentes industriais podem persistir por longos
períodos de tempo são de difícil remediação (MAGOSSI e BONACELLA, 2008).
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O estado do Rio Grande do Sul ostenta uma produção de beneficiamento de gemas
reconhecida mundialmente por sua qualidade e abundancia em seu território (DNPM, 1998).
Para o beneficamente de gemas há uma grande quantidade de água para o seu processo
de tingimentos e lavagem das mesmas. Estes processos utilizam de insumos químicos que
modificam a cor, pH, turbidez, sólidos suspensos, condutividade e metais que podem alterar
as características naturais da água (SENGER et al., 2005).
A gema mais utilizada para o processo de tingimento é o geodo de ágata. Estes
processos podem ocasionar impactos ambientais nos recursos hídricos se descartados
equivocadamente elevando a toxicidade ao homem e o ambiente (SENGER et al., 2005).
Para Salgado (2008), os processos oxidativos avançados (POA's) vem sendo uma
alternativa para o tratamento de efluentes industriais.
Os (POA's) são importantes no tratamento de efluentes, pois não há formação de lodo
e transferência de fase dos poluentes, gerando como produtos finais, gás carbônico, água, íons
inorgânicos e subprodutos menos tóxicos. Estes processos podem, ainda, ser utilizados para a
degradação de compostos orgânicos em fase aquosa (MOLINARI et al., 2002).
Segundo Stasinakis (2008), os processos oxidativos avançados são eficazes na
destruição dos poluentes por que o radical hidroxila é altamente reativo e agem de forma não
seletiva na degradação dos contaminantes.
Cabe destacar que este projeto tem a sua problemática ambiental relacionada ao
tratamento de efluentes contendo íons metálicos e corantes orgânicos oriundos do
beneficiamento de gemas que representam elevada carga orgânica e de cor causando danos
ambientais.
O presente trabalho é uma continuação do trabalho desenvolvido por Loch (2013),
sendo que o mesmo propôs melhorias hidrodinâmicas, em comparação ao reator já utilizado
pelo Núcleo de Eletrofotoquímica e Materiais Poliméricos (NEMP). Os dois reatores serão
submetidos à avaliação de desempenho com o uso de efluente real cedido pela empresa
Pedras Oriente do município de Teutônia no estado do Rio Grande do Sul.
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2 OBJETIVO
2.1 Objetivo Geral
Avaliar a eficiência do tratamento de efluentes provenientes do beneficiamento de
gemas, avaliando dois reatores distintos envolvendo a técnica de Processos Oxidativos
Avançados.
2.2 Objetivos específicos
Realizar ensaios de degradação de efluentes de tingimento de gemas por meio de
aplicação de Processos Oxidativos Avançados;
Avaliar a eficiência da degradação e a toxicidade dos efluentes estudados antes e após
a aplicação da técnica, usando métodos analíticos do Standard Methods.
Comparar a eficiência do reator fotoquímico do NEMP, com e sem as modificações
propostas por Loch (2013) usando efluente real.
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3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Distribuições das gemas
Em termos mundiais o Brasil destaca-se pela sua extensa variedade de gemas em
seu território, os principais depósitos de ágatas e ametista ocorrem nos estados do Rio
Grande do Sul, Minas Gerais, Bahia e Espirito Santo. O país produz 33% de todas as gemas
comercializadas no mundo (MIDC e IBGM, 2005; IGBM e DNPM, 2009).
O Rio Grande do Sul possui seus depósitos de ametistas e ágatas estão hospedadas
nos derrames geológicos da Bacia do Paraná que representam as mais importantes gemas
extraídas (MIDC e IBGM, 2005; IGBM e DNPM, 2009). O estado é maior produtor
mundial de ágatas e ametistas com uma produção estimada em (400 t /mês) sendo um
mineral estratégico nas economias dos municípios (HORTMANN, 2010).
Para Branco (2002), as regiões que mais produzem ametistas concentram-se nas
regiões próximas a fronteira com Santa Catarina e médio e alto Uruguai. As regiões que
possuem maiores concentrações de ágatas estão na região mais central do estado como
(Soledade, Salto do Jacuí e Lajeado).
A exploração destes minerais possui influencia socioeconômica destes municípios
como destaca Branco (2002). Soledade é o principal centro de exportação, beneficiamento e
comercialização do estado, onde quatro das maiores empresas daquele município pertence a
este modelo de atividade.
Os processos de beneficiamento ocorrem nas empresas de pequeno, grande porte,
compreendem atividades como corte, lapidação, tingimento, martelamento e processos
artesanais que geram grandes quantidades de efluentes.
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3.2 Tingimentos das gemas e problemática ambiental
A manufatura das gemas requer várias etapas, sendo uma das etapas mais importantes
para o beneficiamento e agregação de valor é a utilização de tingimento das ágatas. Mais de
90% dos geodos são submetidos ao tingimento para aumentar o valor de mercado
(CARISSIMI et al., 2000).
Para que ocorra o tingimento das ágatas, elas são imersas em soluções que contem
compostos como sacarose ou íons metálicos, ocorrendo à impregnação dos poros das gemas,
este processo fixa os compostos, e ao final são submetidas ao tratamento térmico (SILVA et
al., 2007).
O processo tingimento de ágatas pode levar dias para obter a coloração desejada, para
tal se faz necessária a utilização de corantes metálicos. Para a obtenção de coloração
vermelha utilizam-se óxido de ferro e tratamento térmico, na coloração preto adiciona-se
ácido sulfúrico e sacarose, na coloração verde utilizam-se sais de cromo, na cor azul
adiciona-se sulfato de ferro e ferrocianeto de potássio, (IBGM e DNPM, 2009). No emprego
de corantes orgânicos desatacam-se Rodomina–B, cristal violeta e verde brilhante
(DAMBROS, 2008).
Estes processos frequentemente utilizados pelas indústrias de beneficiamento fazem o
uso de corantes orgânicos e soluções alcoólicas que estão descritos na Tabela 1.
Tabela 1 - Tingimento de ágatas com corantes orgânicos
Corantes Orgânicos
Cor Processo
Vermelho Imersão em Rodamina –B alcoólica e mistura de corantes Laranjas.
Roxo Imersão Cristal Violeta e álcool.
Verde Imersão de Verde Brilhante e álcool.
Rosa Imersão em Rodamina-B alcoólica.
Fonte: Adaptado de Silva et al, 2007.
Os processos de beneficiamente com corantes inorgânicos estão descrito na Tabela 2.
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Tabela 2 - Tingimento de ágatas com corantes inorgânicos
Corantes Inorgânicos
Cor Processo
Vermelho Imersão em perclorato de ferro, ácido nítrico e limalha de ferro.
Preto Imersão em ácido sulfúrico fervente e calda de açúcar.
Verde Imersão em cloreto de amônio e ácido crômico.
Azul Imersão em ácido sulfúrico e ferricianeto.
Fonte: Adaptado de Silva et al, 2007.
O tingimento de gemas é o processo de maior dano ambiental, por ser necessária a
utilização de elevadas quantidades de água potável para a lavagem dos geodos. A cada 20 kg
de gemas beneficiadas geram cerca de 100 litros de efluentes (DAMBOS, 2008).
No beneficiamento ocorre a geração dos poluentes que podem alterar
significativamente o corpo receptor, com alteração de turbidez, pH, contaminação por
metais pesados, aumentar dos níveis de sólidos suspensos e a modificação da condutividade
(SILVA et al., 2007).
O efluente gerado por estas indústrias apresenta características em função da presença
de surfactantes, sulfatos, compostos nitrogenados, demanda química de oxigênio (DQO),
demanda bioquímica de oxigênio (DBO), dureza elevada, sólidos sedimentáveis, íons
metálicos coloridos e corantes e acarretam impacto ambiental sem seu devido tratamento
(SENGER, 2005).
De acordo com Salgado (2009), os tratamentos de efluentes convencionais
(coagulação/floculação, precipitação, carvão ativado e tratamento biológicos), não
conseguem remover os poluentes tóxicos presentes.
Ambientes altamente contaminados podem causar efeitos danosos à saúde como efeitos
tóxicos ou mutagênicos sobre a cadeia de seres vivos, influenciando no surgimento de
complicações cardiovasculares e má formação congênita (GROVER et al., 1999).
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3.3 Tratamentos Convencionais
Os processos tradicionais têm por objetivo redução de toxicidade e clarificar o
efluente. Corantes descartados de forma equivocada nos corpos receptores causam efeitos
danosos, portanto se faz necessário o tratamento destas águas residuais por meios biológicos
ou físico-químicos.
De acordo com Kunz (2002) os métodos mais utilizados no tratamento de efluentes
nas indústrias têxteis são parecidos com os da indústria de beneficiamento e lavagens de
gemas como: coagulação/floculação, decantação, adsorção em carvão e utilização e
processos com lodos ativados. As substâncias são separadas da fase líquida e sólida, não
causam a destruição do poluente e ainda necessitam de lugar adequado para sua disposição.
Os tratamentos baseados em coagulação/floculação e decantação apresentam baixa
capacidade de remoção de cor, eficientes somente para a remoção de sólidos suspensos e
coloides em suspenção, redução de turbidez, óleos e graxas, metais pesados, como
tratamento complementar adiciona-se carvão ativado para a remoção de cor, onerando os
custos com insumos e a disposição do lodo (KAMMRADT, 2004).
Processos biológicos são eficientes na remoção de compostos coloridos, mas existe a
sensibilidade de choque de carga ocorrendo a inativação ou perda da eficiência, e a geração
do lodo dificulta a disposição final do mesmo na agricultura por apresentar metais pesados
(KAMMRADT, 2004).
Uma alternativa de alto custo para a remoção de cor é a utilização de meios físicos
avançados como a utilização de membranas, onde separam os poluentes e resultam em um
efluente de alta qualidade para o descarte, em contra partida necessitam de retro lavagem
resultando em um permeado extremamente contaminado requerendo novos tratamentos ou
evaporação a vácuo (AL-DEGS et al., 2000).
Com o foco ambiental mais evidenciado em sustentabilidade, se faz necessário à
busca de tratamentos que maximizem a degradação de poluentes evitando a formação de
subprodutos, com menor toxicidade, tratabilidade e a minimização da geração de lodos para
serem dispostos em aterros industriais.
Os POA's demonstram um grande potencial para a mineralização de componentes
tóxicos, uma vez que destroem as moléculas orgânicas e os poluentes, ao invés de
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simplesmente removê-las para outra fase (SALGADO, 2008). Por este motivo é uma
alternativa viável para o tratamento de efluentes, oriundo de processos de beneficiamento de
gemas.
3.4 Processos Oxidativos Avançados
Os POA's apresentam características que os tornam uma tecnologia considerada limpa
por não gerar lodo ou transferência de fase do poluente, obtêm-se no final do tratamento gás
carbônico, água e subprodutos com menor poder toxicológico (RESENDE et al., 2010). A
Equação 1. Demostra transformação de poluentes em produtos com menor toxicidade.
Equação 1 - Representação da transformação genérica dos POA's com menor
toxicologia.
POA ·OH Poluentes CO2 + H2O + íons inorgânicos (1)
Para que os POA's possam produzir o radical livre reativo hidroxila (·OH) é necessário
a utilização de oxidantes fortes, para a produção deste radical necessita-se a utilização de
agente oxidante, como peróxido de hidrogênio, ozônio, radiação ultravioleta ou combinações
como: H2O2/UV, H2O2/O3, O3/H2O2/UV, O3/UV, H2O2/Fe2+
, H2O2/Fe2+
/UV (TARR, 2003;
TEIXERA et al, 2004; EPA, 1998).
A meia vida do radical hidroxila é aproximadamente de 10 µs, são pouco seletivos e
reagem rapidamente com a maioria dos compostos inorgânicos e orgânicos no meio aquoso
(CARETTI; LUBELLO, 2003). A Tabela 3 apresenta valores de potencial redox de alguns
oxidantes.
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Tabela 3 - Valores de potencial de alguns oxidantes
Oxidantes Potencial redox (V)
Flúor 3,03
Radical Hidroxila 2,80
Ozônio 2,07
Peróxido de Hidrogênio 1,77
Permanganato de Potássio 1,67
Dióxido de Cloro 1,50
Fonte: Adaptado de Payatos , 2010.
A tabela demostra o potencial oxirredução em ordem decrescente de alguns oxidantes
(TEIXEIRA et al., 2004).
3.4.1 Peróxido de hidrogênio (H2O2)
O peróxido de hidrogênio é um dos oxidantes com potencial de oxidação de 1,77 V, é
a opção usada para a formação de radial hidroxila. Este insumo pode ser encontrado no
mercado com concentrações de 25, 35 e 50% de oxigênio ativo e pode ser armazenado por
longos períodos de tempo por sua perda de reatividade ser em torno de 1 a 2 % ao ano
(KAMMRADT, 2004).
3.4.2 Peróxido de hidrogênio e radiação ultravioleta (H2O2/UV)
O uso combinado destes oxidantes juntos tem sua eficiência elevada aumentando
significativamente a produção de radical hidroxila, que atuam na oxidação da cor aparente e
matéria orgânica (ROBINSON et al., 2001).
A quebra da molécula do peróxido de hidrogênio por ação de radiação ultravioleta
resulta em dois radicais hidroxila conforme Equação 2 (TEIXEIRA et al., 2004).
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Equação 2 - Geração do radical hidroxila por quebra do peróxido de hidrogênio com
ação de radiação ultravioleta.
H2O2 + UV 2 ·OH (2)
Este sistema demonstra ações eficientes na degradação de compostos contendo
corantes (MARMITT; PIROTTA; STÜLP, 2010), pesticidas (YOUN-JOO A, 2002) e
compostos nitro aromáticos e surfactantes (EINSCHLAG et al., 2002), vinícolas ( LAFI et al.,
2009), água ácida de refinaria de petróleo (COELHO et al., 2006) e águas residuais em
fábricas de azeite (LUCAS et al., 2010).
3.4.3 Reação de Fenton (H2O2/Fe2+
)
Para a degradação de compostos orgânicos e remediação de efluentes a reação de
Fenton é considerada uma das técnicas mais promissoras que se enquadram nesse contexto
(MACHULEK et al., 2007).
Para Lange (2006), para a geração do radical hidroxila é utilizado o peróxido de
hidrogênio, para tanto é necessário o uso de ativadores como ozônio, radiação ultravioleta e
sais de ferro.
De acordo com Chamarro (2001), uma solução de baixo custo do catalisador para
decomposição catalítica do peróxido de hidrogênio é a utilização de sulfato ferroso que é
resíduo da indústria da produção de aço. A reação de Fenton é representada na Equação 3.
Equação 3 - Geração do radical hidroxila com reação de Fenton.
Fe2+
+ H2O2 Fe3+
+ ·OH + OH- (3)
Segundo Bidga (1995), o potencial da reação de Fenton no tratamento de efluentes
possui eficiência na degradação de vários compostos. Ressaltou ainda que para que o processo
ocorra com eficiência os parâmetros tais como o pH controlado, quantidade de peróxido
hidrogênio e íon de ferroso devem estar adequados.
A faixa de dosagem em relação peróxido de hidrogênio e sulfato ferroso é de 5:1 a
25:1 em massa, as taxas de temperaturas aumentam com a reação de Fenton, entretanto com
temperaturas elevadas acima de 50 °C podem ocorrer a decomposição do peróxido de
hidrogênio, e a maioria das reações ocorrem em 20 a 40 °C (ALVES, 2004).
Para Nogueira (2007), o processo da reação de Fenton possui uma eficiência máxima
na degradação dos poluentes em uma estreita faixa de pH entre (2,5 a 3,0), mas este processo
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possui desvantagens, pois necessita de utilização de ácido e hidróxidos que geram lodo que
devem ser dispostos em aterros industriais.
A reação de Fenton pode ser ineficiente quando os valores de pH menores de 1, pois
restringe a oxidação do ferro pelo peróxido de hidrogênio e pH maior que 4 pois íons de ferro
se precipitam na forma de hidróxidos (KREMER, 2003; MORAES et al., 2004).
3.4.4 H2O2/Fe2+
/UV (Foto-Fenton)
A radiação ultravioleta adicionada ao processo de Fenton resulta no em Foto-Fenton é
pode maximizar a produção do radical hidroxila e consequentemente redução dos poluentes
(OPPENLÄNDER, 2003).
Segundo Nogueira (2007), o melhor comprimento de onda nesse processo oxidativo
avançado onde acontece a maior absorbância é entre 280 – 370 nm, melhores faixas de pH
para as soluções é entre 2,5 e 3. A Equação 4 representa a formação de radical hidroxila com
o processo avançado de Foto-Fenton.
Equação 4 - Formação simplificada do radial hidroxila com Foto-Fenton.
Fe3+
+ H2O2 Fe (OH)2 + H
(4a)
Fe (OH)2 + UV Fe2+
+ ·OH (4b)
O Foto-Fenton apresentou resultados satisfatórios em tratamento de efluentes
industriais (Machado et al, 2004), e na degradação de herbicidas com o ácido 2,4 –
diclofenoxiacético (2,4– D) (PIGNATELLO, 1992).
3.4.5 Ozônio e radiação ultravioleta (O3/UV)
A irradiação de luz ultravioleta com ozônio é eficiente, pois coexistem três processos
de degradação, ozonização, fotólise e oxidação por radical hidroxila, são reações não seletivas
e rápidas (MACHADO et al., 2004). A Equação 5 demonstra sistema simplificado de ozônio
e radiação ultravioleta.
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Equação 5 - Sistema simplificado do sistema ozônio e radiação ultravioleta.
3 O3 + H2O + UV 2 ·OH + 4 O2 (5)
Compostos refratários são convertidos rapidamente a dióxido de carbono e água por
uma simples ozonização. Estes compostos foram utilizados na degradação de cianeto
(RAJESWHAR et al., 1997).
3.4.6 Dióxido de Titânio (TiO2)
Dióxido de titânio é o semicondutor mais usado nos processos fotocalíticos, por atuar
como oxidante e redutor ao mesmo tempo aumentando a eficiência do processo (BUTH,
2009).
As características mais relevantes do semicondutor para seu uso em processos
oxidativos avançados são: foto estável, por apresentar estabilidade em amplas faixas de pH e
não estar sujeito a corrosão, fotoativo tornando-se ativo por receber energia radiante, e
biologicamente estável (GOUVÊA, 2000).
Óxido metálico quando recebe irradiação promove um estado eletronicamente
excitado, no qual um elétron da banda de valência vai para a banda de condução, gerando um
par de elétrons de vacância tornando-se oxidante e formando o radical hidroxila com a
oxidação da água tendo moléculas adsorvidas na superfície de semicondutor (ZIOLLI et
al.,1998).
Para Cervantes (2009), os aspectos que dificultam o uso do dióxido de titânio é a
necessidade de varias etapas de filtragem para a remoção do catalisador, etapas que oneram os
custos de tratabilidade como: filtragem por carvão ativado, zeólitas, quartzo e sílica.
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4 ASPECTOS LEGAIS
O Brasil tem como base legal e fonte de direito ambiental a Constituição Brasileira
que ressalta em seu artigo 225 a preocupação de viver em um ambiente equilibrado e
saudável.
“art. 225 – Todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem uso
comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao poder público e a
coletividade e deve defendê-lo e preserva-lo para os presentes e futuras gerações.”
Segundo a Política Nacional do Meio Ambiente o art. 6° da Lei 6.938/81 ressalta as
competências e administração do SISNAMA.
“art. 6 - Os órgãos e entidades da União, dos Estados, do Distrito Federal, dos
Territórios e dos Municípios, bem como as fundações instituídas pelo Poder Público,
responsáveis pela proteção e melhoria da qualidade ambiental, constituirão o Sistema
Nacional do Meio Ambiente – SISNAMA”.
Ao cumprimento desta referida Lei são integrantes do Conselho de Meio Ambiente,
Instituto Chico Mendes, Ministério do Meio Ambiente e o CONAMA, além de entidades
municipais órgãos como CONSEMA no estado do Rio Grande do Sul.
Em âmbito nacional a Resolução CONAMA, 430/2011 tem por objetivos estabelecer
padrões e condições de lançamento de efluentes. Esta resolução alterou consideravelmente a
CONAMA, 357/2005.
No estado do Rio Grande do Sul a Resolução CONSEMA 128/2006 fixa padrões de
emissão de lançamento de efluentes, e a Resolução CONSEMA 129/2006 define critérios de
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padrões de toxicidade de efluentes líquidos. O artigo 9° da Resolução CONSEMA 129/2006
descreve que os efluentes lançados pelas indústrias não devem conferir efeitos tóxicos
crônicos ou agudos nos organismos testes, ao mínimo em três níveis tróficos1 diferentes.
1 Nível trófico: Representa o os níveis de nutrição de um conjunto biótico (vegetais e animais), permitem o
transporte de massa e energia num ecossistema (ODUM, 2008).
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5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Neste capítulo, busca-se apresentar os reagentes e equipamentos utilizados na
realização de experimentação de processos oxidativos avançados, visando maximização do
estudo em questão, comparando a eficiência dos reatores fotoquímicos do NEMP e do reator
proposto por Loch (2013).
A realização dos testes e resultados foram obtidos com efluente real dos processos de
tingimento e lavagem das ágatas.
Cabe ressaltar que os resultados apresentados foram obtidos com a realização em
triplicata, a fim de reduzir e minimizar erros e interpretação e leitura dos testes realizados.
No primeiro momento foi necessária averiguação de qual vazão apresentaria o melhor
desempenho na redução de pH e remoção de turbidez frente a vazões de 30 e 20 L/h, com a
célula do NEMP, onde foi evidenciado que a vazão de 20 L/h apresentou melhor desempenho
frente as variáveis analisadas.
No segundo momento os reatores do NEMP e o proposto por Loch (2013) foram
submetidos a doze reciclos do efluente pelo reator de foto oxidação, ambos efluentes tratados
foram submetidos à filtração lenta por carvão ativado com 1 Litro de efluente em 500 mL de
carvão ativado, avaliado os dos dados de controle e toxicidade antes e após filtração.
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5.1 Equipamentos e materiais
Foram utilizados os seguintes equipamentos.
- pHmetro 827 pH – LAB - METROHM
- Condutivímetro 856 CONDUCTIVITY MODULE - METROHM
- Bomba de recirculação AWG 5000 ABS – PROVITEC
- Câmara para germinação com Fotoperíodo e Altern. -SL 225 – SOLAB
- Determinador de Carbono Total COT: (TOC -V CPH) – SHIMADZU
- Analisador de Nitrogênio Total através do detector TNM- 1 – SHIMADZU
- Turbidímetro DM-TU DIGIMED
- Lâmpada vapor de Mercúrio (400 W) OSRAM
- Mangueiras de silicone 3/8’’
5.2 Caracterização do efluente
O efluente é proveniente da indústria de tingimento de pedras da empresa Pedras do
Oriente, localizada no município de Teutônia no estado do Rio Grande do Sul.
Os efluentes oriundos pós tingimento e lavagens destas peças beneficiadas como
ágatas e ametistas, forma coletados por amostragem composta, onde o mesmo possuem altas
cargas de matéria orgânica e presença de íons metálicos que apresentam toxicidade elevada.
Neste presente estudo a caracterização do efluente bruto tem fundamental importância
para obtenção dos parâmetros a serem analisados o rendimento do POA's.
A caracterização do efluente, essencialmente orgânico composto por Cristal Violeta e
Rodamina B, neste presente estudo foi realizado com medidas de pH, COT (carbono
orgânico total), Nitrogênio Total (NT), Condutividade e Turbidez e analisados conforme a
metodologia descrita no Standard Methods (2005), os resultados representados na Tabela 4.
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Tabela 4 - Caracterização do efluente bruto
Amostra COT
(mg/L)
NT
(mg/L)
pH Condutividade
(µS cm-1
)
Turbidez
(NTU)
Bruto 4625 109,0 6,04 640,19 85,2
Fonte: O Autor
Conforme dados apresentados na tabela 4, cabe ressaltar que os parâmetros
estabelecidos estão fora dos padrões de lançamento conforme a Resolução CONAMA
430/2011, os valores de pH não podem ultrapassar valores de 5 a 9, pois é importante na
manutenções do equilíbrio bioquímico dos seres vivos. O nitrogênio total deve permanecer até
20 mg/L, pois em excesso leva ao crescimento descontrolado das algas diminuindo a
quantidade de oxigênio dissolvido na água (VON SPERLING, 2004).
A condutividade elétrica está relacionada à quantidade de íons dissolvidos na água que
apresentam partículas carregadas, mas não identifica quais são os íons presentes no meio
(SARDINHA et al., 2008).
A turbidez é considerada importante por ser um parâmetro operacional que representa
medidas indiretas de coloides e sólidos em suspensão no efluente revelando a qualidade do
efluente (SARDINHA et al., 2008).
O COT é importante, pois revela a quantidade de matéria orgânica presente na
amostra, pois o carbono é uma fonte de energia para bactérias e algas que podem proliferar
em demasia tonando-se tóxico (VON SPERLING, 2004).
5.3 Processos Oxidativo Avançado UV/H2O2
Este processo é amplamente utilizado pelas indústrias na degradação e tratamento de
efluentes industriais contendo alta carga orgânica, sendo utilizado por apresentarem alto poder
de oxidação.
A avaliação da tratabilidade do efluente proveniente da indústria de tingimentos de
gemas foi efetuada em reator de fotodegradação que compõem célula de degradação, com
filamento de lâmpada de mercúrio de (400 W), bomba de recirculação e câmara de proteção
da radiação ultravioleta. Conforme visualizado nas figuras 1 e 2.
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Para maximizar a degradação da matéria orgânica composta no efluente foi
suplementado com peróxido de hidrogênio (H2O2) 50 mL/L da marca FMAIA, concentração
a 50% de oxigênio ativo e o sistema foi submetido a uma vazão de 20 litros/hora, sofrendo
uma exposição à radiação ultravioleta de largo espectro, com uma potência de 400 W,
utilizando o volume de 2 L por batelada, no reator NEMP, e 3 L ao reator proposto por Lock
(2013), ambos submetidos a doze reciclos onde apresenta a melhor faixa de desempenho do
sistema tendo como objetivo maximização da degradação da matéria orgânica.
O efluente utilizado foi disponibilizado pela empresa Pedras do Oriente, e possui
características descritas na Tabela 4, submetidas ao tratamento em dois modelos de reatores.
Primeiro reator a ser avaliado a sua eficiência é a célula proposta por Loch (2013) onde o
mesmo propôs otimizações hidrodinâmicas, que melhoram a mistura e diminuições de zonas
mortas dentro do reator e acelerando a eficiência do POA.
O reator proposto possui uma célula de vidro com diâmetro interno de 6 cm e camisa
de quartzo de diâmetro externo de 2 mm, tendo um comprimento útil de 60 cm, onde a altura
é igual a dez vezes o diâmetro, e possui a entrada do efluente em 45° e diâmetro de tubulação
de 1,2 cm, conforme demonstrado na Figura 1 sistema representativo do reator fotoquímico.
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Figura 1: Sistema representativo do reator fotoquímico do NEMP: 1 – Câmara de
proteção, 2 – Bomba de recirculação, 3 – Reator de fotodegradação, 3.1 – Entrada do
Efluente, 3.2 – Saída do Efluente.
Fonte: NEMP. (Núcleo de eletroquímica e matérias poliméricos).
O segundo reator submetido à avaliação para fins de comparação da eficiência de
fotodegradação é o reator do NEMP onde possui entrada do efluente em 90°, altura de 17 cm
e largura de 6 cm, composta por uma camisa de quartzo de 2 mm e célula de vidro conforme
demonstrado na Figura 2.
3.1
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Figura 2: Sistema representativo do reator fotoquímico do NEMP: 1 – Câmara de
proteção, 2 – Bomba de recirculação, 3 – Reator de fotodegradação, 3.1 – Filamento da
lâmpada, 3.2 – Saída do efluente, 3.3 – Saída do efluente, 3.4 – Célula de vidro, 3.5 – Tubo de
quartzo.
Fonte: NEMP. (Núcleo de eletroquímica e matérias poliméricos).
Após realizado o processo oxidativo avançado o efluente tratado foi submetido à
análise de toxicidade seguindo o método bioensaios de toxicidade aguda e segue o método no
próximo item 5.4
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
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5.4 Bioensaios de Toxicidade Aguda
Os ensaios de toxicidade laboratorial têm por objetivo expor organismos teste à
exposição do efluente antes e após o ensaio fotoquímico, utilizando condições controladas e
específicas para os seus efeitos serem observados e analisados (MACHADO et al., 2010).
O presente estudo utilizou ensaios de biotoxicidade na avaliação da fotodegradação do
efluente oriundo do processo de tingimentos de gemas.
Após a aplicação do processo oxidativo avançado na décima segunda passagem e após
a filtração por carvão ativado, forma submetido à análise de toxicidade aguda com bioensaio
com Lactuca sativa L. pois são encontradas com facilidade, apresentam resultados com
rapidez de serem avaliados, sensíveis a agentes químicos, ao estresse ambiental,
fotossintetizantes como as algas e efetivos comparados aos outros bioensaios (GARCIA,
2006; VALÉRIO et al., 2007).
Foram colocadas 10 (dez) sementes de alface de forma distribuída em um placa de
Petri com 100 mm de diâmetro, com papel filtro saturado com 4 mL das diluições realizadas
submetidas a um período de 120 horas sem incidência de luz e temperatura controlada de 22
°C.
Para o controle negativo foi utilizado água deionizada, e controle positivo ácido bórico
5%, as amostras submetidas aos testes de efluente bruto e efluente tratado com suas
respectivas diluições com 10, 20, 50 e 80% acrescentando solvente a solução amostra onde foi
avaliado o estímulo resposta ao organismo avaliando o crescimento de caule e raiz em
centímetros, desvio padrão e percentual de germinação das sementes.
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6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo serão apresentados os resultados dos experimentos propostos,
representados por meios de gráficos e tabelas, obtidos após os ensaios laboratoriais e após a
realização da degradação fotoquímica.
Serão também abordados a comparação da eficiência fotoquímica entre os reatores do
NEMP, com as otimizações apontadas por Loch (2013), avaliando eficácia na degradação do
carbono orgânico total, nitrogênio total, pH, condutividade e turbidez. Levando em conta a
porcentagem de remoção destes contaminantes e discutir as alterações dos indicadores
avaliados em termos de toxicidade.
6.1 Processos Oxidativos Avançados (POA's)
Para a avaliação da degradação fotoquímica foi necessária a análise de qual vazão teria
melhor comportamento na degradação dos compostos, desta forma o reator fotoquímico do
NEMP foi submetido ao tratamento doze vezes, cada reciclo de 10 minutos, com a vazões
inicias de 20 L/h e 30 L/h a fim de visualizar a melhor condição de redução de pH e turbidez
em função da vazão. O gráfico 1 demonstra os resultados obtidos da degradação fotoquímica
com a avaliação do pH.
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Gráfico -1 Desempenho do pH em relação à vazão e número de tratamentos.
Fonte: O autor.
Houve a redução do pH do efluente em ambas vazões avaliadas, o gráfico demostra
que uma vazão de 20 L/h apresentou um redução de 27,69%, possuindo um eficiência 12,56%
superior a vazão de 30 L/h no décimo segundo reciclo, o maior tempo de residência no
interior da célula favorecendo maximização da formação dos radicais hidroxilas (·OH), no
entanto a fotodegradação mineraliza compostos orgânicos liberando ânions e ácidos
carbônicos durante o processo fotoquímico, resultantes da degradação da matéria orgânica.
Este mecanismo é presente nos processos oxidativos avançados (PEREIRA et al., (2005).
A célula do NEMP foi submetida a novas avaliações com diferentes vazões para
determinar a melhor condição em redução da turbidez, assim como demonstrado no gráfico 2.
6,04 6,15 6,4 5,75
5,33 5,01 4,73
6,04 6,26 6,58
6,01 5,86 5,53 5,41
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 2 4 6 8 10 12
pH
Reciclos
pH
pH 20 L/h
pH 30 L/h
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Gráfico 2- Desempenho da redução da turbidez em relação à vazão.
Fonte: O Autor.
Comforme a representação gráfica, a remoção da turbidez foi mais efetiva com a
vazão de 20 L/h, apresentou uma redução de 68,78% possuindo superioridade de 26,51% em
relação à vazão de 30 L/h no décimo segundo reciclo. Evidenciado que uma vazão mais lenta
possui uma melhora significativa na transparência, revelando a capacidade de redução dos
coloides em suspensão melhorando o aspecto visual do efluente testado.
Depois de encontrada a vazão que mais se adequou ao sistema, foram realizados os
ensaios comparando os dois reatores, ou seja, qual apresentou o melhor desempenho na
degradação dos parâmetros ambientais avaliados.
Após os testes realizados entre os reatores propostos envolvendo a técnica de processo
oxidativo avançado foram submetidos a filtração com 1 Litro de efluente tratado em 500 mL
de carvão, com algodão no bocal para não escapar carão ativado, conforme demostrado na
figura 3 a fim de comparar os resultados obtidos pelos processos em questão.
85,2
52,5
40,1 33,1 31 30,9
26,6
85,2
51,7
40,9 38,1 35,8 34,2 36,2
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12
NTU
Reciclos
Turbidez Turbidez 20 L/h
Turbidez 30 L/h
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Figura 3 – Filtração por carvão ativado.
Fonte: O autor.
A figura 3 representa o sistema filtrante ao qual foi submetido ao efluente tratado pelo
reator proposto por Loch (2013), e célula do NEMP, após decimo segundo reciclo, onde serão
discutidos os dados de controle.
Os reatores propostos apresentaram nos primeiros tratamentos uma melhora visual,
havendo mudança na coloração do efluente, demonstrando a reatividade do processo
fotoquímico (UV/H2O2), assim revela o potencialização da degradação da matéria orgânica
conforme representado pela pelo gráfico 3.
Algodão
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Gráfico 3. Demonstrativo da redução do Carbono Orgânico Total.
Fonte: O autor.
Analisando os resultados da degradação da matéria orgânica, houve uma redução de
41,14% de TOC no reator proposto por Loch (2013), e uma diminuição de 42,01% no reator
do NEMP sendo uma variação entre os dois reatores de 1,46% na degradação da matéria
orgânica no décimo segundo reciclo, demonstrando a mesma eficiência de remoção de TOC.
Na passagem pelo sistema filtrante com carvão ativado após o décimo segundo reciclo houve
uma redução no reator por Loch (2013) de 66,69%, e uma redução de 83,09% no reator da
NEMP. Esta variação de 50% após a filtração com carvão ativado, pode ter ocorrido pela
diferença de vazão entre os filtros, devido à acomodação realizada com algodão no bocal do
filtro para não haver passagem com carvão ativado no filtrado. Em ambas as situações houve
um incremento de carbono inorgânico por influência da vazão diferentes, o filtrado da NEMP
apresentou 6,072 mg/L de carbono inorgânico, e o filtrado por Lock (2013), apresentou 3,904
mg/L, sendo uma diferença de 35,70% valores encontrados devido pequenas partículas de
carvão arrastadas durante a filtração.
4625
2722
906,6
4625
2682
453,3
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Bruto 12 Carvão Ativado
mg/L
Passagens
Carbono Orgânico Total
TOC (Loch 2013)
TOC (NEMP)
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Também foi realizada análise de nitrogênio total onde foi encontrado os seguintes
resultados onde provavelmente um dos reatores apresentou mais compostos recalcitrantes
conforme representado no gráfico 4.
Gráfico 4- Demonstrativo da redução de Nitrogênio Total.
Fonte: O autor.
Analisando os resultados da redução de nitrogênio total houve reduções em ambas as
células propostas, obtendo-se os valores mais significativos em redução de NT após doze
reciclos à célula do NEMP, com uma redução de 60,36%, para a célula proposta por Loch
(2013), houve uma redução de 25,64%, sendo uma variação de 46,69% entre as células no
décimo segundo reciclo. Durante a fotodegradação pode ter ocorrido uma maior formação do
radical hidroxila (·OH) oxidando de forma mais eficiente o nitrogênio total em óxidos de
nitrogênio e nitrogênio gasoso quando comparado com célula de Loch (2013). Após a
filtração com carvão ativado obteve-se resultados satisfatórios atingidos para o padrão de
lançamento de NT perante CONSEMA 128/06, a célula do NEMP atingiu 88,70% quando
comparado o décimo segundo reciclo, e a célula proposta por Loch (2013) apresentou uma
redução de 85,65% demostrando a capacidade do carvão ativado de adsorver os
contaminantes presentes no meio (COSTA et al., 2003).
Tangenciando os resultados de turbidez o gráfico 5 demonstra o desempenho dos
POA's.
109
43,2
4,88
109
81,05
11,6
0
20
40
60
80
100
120
Bruto 12 Carvão Ativado
mg/L
Passagens
Nitrogênio Total
NT (NEMP)
NT (Loch 2013)
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Gráfico 5- Demonstrativo na redução da turbidez.
Fonte: O autor.
Analisando o desempenho dos POA's pode-se observar reduções significativas na
turbidez em ambos os reatores avaliados. A elevada turbidez é uma condição restritiva ao
processo fotoquímico, pois limita a capacidade da penetração da luz ultravioleta dificultando a
formação do radical hidroxila (·OH) (SARDINHA et al., 2008). Estes impedimentos foram
superados pelo desempenho da reatores dimensionados adequadamente.
A célula de Loch (2013) apresentou uma redução de 86,70% demostrando eficiência
na remoção de turbidez, a célula do NEMP demonstrou uma redução de 84,92%, resultando
em diferença de eficiência entres os dois reatores de 11,76% no décimo segundo, onde
apresentaram os menores índices de turbidez, demostrando a capacidade de ambos os reatores
na redução deste contaminante. Após foram realizandos nos dois efluentes em suas melhores
condições submetidos filtração com carvão ativado, apresentando uma redução de 59,57% em
relação o décimo segundo reciclo no efluente tratado pelo reator proposto por Loch (2013) e
uma redução de 24,84% no efluente tratado pela célula NEMP onde apresentaram uma
diferença entre as filtrações de 52,53%, sendo este resultado podendo ser devido a diferentes
vazões em que passaram no carvão ativado, conforme visualizado na figura 5.
85,2
36,7 31
26,9 24,5 21,9
12,84 9,65
37,4
29,5 30,2 26,6 24,6
11,33 4,58 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Bruto 2 4 6 8 10 12 CarvãoAtivado
(NTU )
Reciclos
Turbidez
Turbidez (NEMP)
Turbidez (Loch 2013)
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Figura 5- Demonstrativo da décima segunda passagem e após submetidos a filtração
com carvão ativado. 1 – Tratado NEMP, 2- Filtrado NEMP, 3 – Filtrado Loch (2013), Tratado
Loch (2013), 5- Efluente Burto.
Fonte: O autor.
A figura 5 demonstra o desempenho entre as células avaliadas onde foram submetidas
às avaliações dos parâmetros ambientais, revelando a capacidade de degradação do efluente
frente aos processos oxidativos avançados.
Também foi o desempenho no processo frente à condutividade elétrica do efluente,
ilustrado no gráfico 6.
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Gráfico 6- Representação do desempenho frente à condutividade elétrica.
Fonte: O autor.
Analisando o desempenho da condutividade elétrica pode-se observar um acréscimo
na condutividade elétrica do efluente em ambas as situações avaliadas, no reator proposto por
Loch (2013) houve um aumento de 28,80% em relação à situação inicial, no reator do NEMP
após décimo segundo reciclo houve um acréscimo de 43,96%, este acréscimo está relacionado
à degradação da matéria orgânica aumentando os íons presentes na solução, e um aumento das
cargas e quebra das ligações orgânicas presentes no sistema, demonstrando reatividade no
sistema (SANTOS, 2012; MACHADO et al., 2010).
Após a aplicação dos POA's os efluentes tratados foram submetidos à filtração com
carvão ativado, onde não foi submetido o uso de água deionizada com passagem como
branco, submetidos à análise posteriormente ambas as situações em comparação com o
décimo segundo reciclo, onde se pode observar uma aumento significativo no pós-filtrado
resultando em 68,19% no efluente na célula otimizada por Loch (2013) e a célula do MENP
apresentou um aumento de 62,17%. Estes aumentos apresentados pós-carvão ativado foram
evidenciados em função de carbonatos inorgânicos (104,6 mg/L) presentes no carvão ativado,
revelando assim aumento significativo da condutividade elétrica, o carvão utilizado para o
tratamento foi da empresa APHACARBO®, encontrado comercialmente como ALPHA
w630, estes carbonatos encontrados remete-se aos 20% de resíduos de cinzas presentes em
função da matéria prima utilizada, como resíduos de madeiras e cascas de cocos, a casca de
1193,34 1075,75 1062,88 1117 1077,28 1142,46
3020,75
640,19 1057,52 941,75 949,1 902,64 900,87 899,15
2827,05
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Bruto 2 4 6 8 10 12 CarvãoAtivado
μS cm-¹
Passagens
Condutividade
Condutividade(NEMP)
Condutividade(Loch 2013)
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coco apresenta grande quantidade de sais como sódio, magnésio, cálcio, ferro entre outros
(SILVA, 1999).
O último controle submetido à avaliação do desempenho foi o pH, onde o gráfico 7
ilustra o desempenho das células avaliadas.
Gráfico 7- Desempenho dos reatores frente à avaliação do pH.
Fonte: O autor.
Analisando o desempenho dos reatores perante a avaliação do pH, houve uma
acidificação do sistema, este está relacionado às reações ocorridas durante o processo,
contribui para formação de ácidos carbônicos, resultantes da decomposição da matéria
orgânica presente no meio reacional sendo um indicativo de funcionalidade do POA
(PEREIRA et al., 2005). O reator proposto por Loch (2013), apresentou uma redução de
27,64% e o reator do NEMP apresentou uma redução de 26,15% no décimo segundo reciclo
para ambos os reatores, a diferença entre os modelos na última oxidação foi de 2,07% a
diferença de desempenho entre os reatores. Após o décimo segundo reciclo foram submetida à
filtração por carvão ativado e apresentaram uma elevação do pH, onde as elevadas
concentração de H+
presentes no efluente aumentam a competição pelos sítios ativos,
ocorrendo a desorção dos carbonatos encontrados no carvão provocando a elevação do pH das
amostras, pois possuem caráter básico (BUENO, 2007).
Neste presente trabalho foi usada a sinergia entre dois oxidantes fortes a irradiação
ultravioleta (UV) e peróxido de hidrogênio (H2O2) na potencialização da degradação do
6,04
6,48 6,27 5,85
5,29 4,71 4,46
8,54
5,99 5,56
5,08 5,07 4,47 4,37
8,57
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Bruto 2 4 6 8 10 12 CarvãoAtivado
pH
Reciclos
pH
pH (NEMP)
pH (Loch 2013)
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efluente, onde dois modelos de reatores se mostraram satisfatórios, pode ter ocorrido uma
contaminação durante os experimentos ou durante as análises laboratoriais que podem ter
contribuído para pequenas variações mesmo que insignificantes, pois as análises não foram
realizadas no mesmo dia dos experimentos, pode ter contribuído de alguma forma para
alguma degradação química, sendo algumas amostras terem solubilizado umas mais que
outras. Durante o processo da fotodegradação houve um aumento da temperatura, que pode
ter contribuído na concentração dos poluentes devido à evaporação da água.
Na comparação entre os dois reatores, no reator do NEMP houve uma degradação
mais eficiente perante o NT, com uma diferença de 46,69%, na degradação da matéria
orgânica COT, os reatores do NEMP e o proposto por Loch (2013) tiveram praticamente a
mesma efetividade representando uma diferença de 1,46%. O parâmetro que apresentou os
maiores índices de redução foi o parâmetro de turbidez que atingiu 86,70% de redução sendo
que a célula proposta por Loch (2013) apresentou uma eficiência superior 11,76% em relação
ao outro reator avaliado.
A avaliação do pH dos reatores testados obteve redução semelhante, demostrando
reatividade do processo, indicando a evolução das espécies aniônicas, em relação a
condutividade houve um acréscimo nos dois reatores testados demostrando a quebra de
moléculas orgânicas que aumentaram a condutividade do sistema.
Comparando os resultados encontrados com a bibliografia consultada (BALTON et
al., 2001), houve a remoção de 63% em relação de COT em efluentes têxteis à base de
benzidina, (CASTANHO et al., 2006), remoção de 36,4% de COT no corante têxtil preto
romazol, (SALGADO et al., 2008) e redução de 50% em DQO em descoloração de efluentes
sintéticos índigo e azo, (KAMMARDT, 2004), atingiu a remoção de 93% de COT em
efluente real de tinturaria, (MACHADO et al., 2010) em corante orgânico rondamina-B
atingindo uma remoção de 54,9% de COT.
Nos experimentos onde foram aplicados os processos fotoquímicos em efluentes de
tingimento de gemas e corantes têxteis apresentaram resultados semelhantes encontrados
neste presente estudo, bem como a melhoria da eficiência da degradação do efluente testado
por fotodegradação e sua possível aplicação em escala industrial.
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6.2 Bioensaios de Toxicidade aguda
Os ensaios fitotóxicos das sementes da Lactuca sativa L foram avaliados em termos de
germinação e inibição de crescimento com exposição de 120 horas com temperatura
controlada de 22,2 °C onde foram avaliados os efeitos tóxicos durante o processo de
germinação das sementes nos primeiros dias de crescimento.
Nos primeiros dias de desenvolvimento das sementes, ocorrem processos fisiológicos
de desenvolvimento, quando expostas a substâncias químicas pode ser modificado o seu
desenvolvimento normal, isto permite avaliar seu efeito tóxico dos compostos solúveis no
efluente (GARCIA, 2009).
O efluente real da empresa Oriente Pedras apresenta elevada toxicidade conforme
demostrado na tabela 5.
Tabela 5 - Demonstrativo dos resultados obtidos pela toxicidade do efluente bruto
Amostras Média em (cm) Desvio padrão % de germinação
Água deionizada 3,50 1,65 100
Ácido bórico 5% 0 0 0
Bruto 10% 0,12 0,25 3,61
Bruto 20% 0 0 0
Bruto 50%
Bruto 80%
Bruto 100%
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Fonte: O autor.
Conforme os resultados apresentados na tabela 5 demostra o caráter tóxico do
efluente bruto onde somente com 10% do efluente bruto houve 3,61% de germinação.
As amostras do efluente tratado na décima segunda passagem utilizando a técnica de
oxidativo avançado H2O2/UV e após por filtração de carvão ativado, para os ensaios de
toxicidade aguda com sementes de Lactuca sativa L. em ambos os reatores analisados. Os
testes realizados foram realizados com ácido bórico para controle positivo, água deionizada
para controle negativo e suas respectivas diluições. Na tabela 6 demostra os resultados obtidos
dos testes de toxicidade com o crescimento médio das sementes de alface em cm, percentual
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de germinação e desvio padrão de cada uma das amostras com o efluente tratado pela célula
proposta por Loch (2013).
Tabela 6- Resultados da toxicidade do efluente tratado no décimo segundo reciclo no
reator proposto por Loch (2013), e após a filtração por carvão ativado
Amostras Média em (cm) Desvio padrão % de germinação
Água deionizada 3,50 1,65 100
Ácido bórico 5% 0 0 0
12ª reciclo 10% 0,42 0,12 11,97
12ª reciclo 20% 0 0 0
12ª reciclo 50% 0 0 0
12ª reciclo 80% 0 0 0
12ª reciclo 100% 0 0 0
Carvão ativado 10% 0,52 0,70 15,01
Carvão ativado 20% 0,19 0,38 5,51
Carvão ativado 50% 0,52 0,51 14,82
Carvão ativado 80% 0,06 0,18 1,71
Carvão ativado 100% 0,12 0,22 3,42
Fonte: O Autor.
Analisando o desempenho pode-se verificar que há uma elevada toxicidade do
efluente tratado pelo processo UV/H2O2 em condições de maiores concentrações como de 20,
50, 80 e 100% apresentando inibição total do desenvolvimento das sementes, tendo a uma
diminuição da toxicidade com a filtração por carvão ativado, mas continuando seu caráter
tóxico por apresentar porcentagem inferiores a 15% de germinação, mas em comparação com
o efluente bruto houve redução da toxicidade em ambos ensaios realizados.
Foram analisados os resultados da toxicidade pela célula do NEMP no décimo
segundo reciclo e depois de submetidas à filtração por carvão ativado como demostrando na
tabela 7.
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Tabela 7- Resultados da toxicidade do efluente tratado no décimo segundo reciclo no
reator da NEMP e após a filtração por carvão ativado
Amostras Média em (cm) Desvio padrão % de germinação
Água deionizada 3,5 1,65 100
Ácido bórico 5% 0 0 0
12ª reciclo 10% 0,17 0,22 5,03
12ª reciclo 20% 0,16 0,09 4,75
12ª reciclo 50% 0 0 0
12ª reciclo 80% 0 0 0
12ª reciclo 100% 0 0 0
Carvão ativado 10% 0,23 0,27 6,55
Carvão ativado 20% 0,13 0,22 3,80
Carvão ativado 50% 0,08 0,19 2,47
Carvão ativado 80% 0,06 0,18 1,71
Carvão ativado 100% 0,17 0,29 4,94
Fonte: O autor.
Analisando o desempenho pode-se verificar que há uma elevada toxicidade do
efluente tratado pelo processo UV/H2O2 em condições de maiores concentrações como de 50,
80 e 100% apresentando inibição total do desenvolvimento das sementes, tendendo-se à
diminuição da toxicidade com a filtração por carvão ativado, mas permanecendo a letalidade
acima da legislação vigente apresentando índices inferiores a 7% de germinação, em
comparação com efluente bruto houve redução da toxicidade do efluente quanto pelo POA e
também por carvão ativado.
Estudos realizados por Garcia (2009), com efluente real da indústria têxtil utilizando
TiO2 e TiO2/ H2O2 demonstraram redução da toxicidade, Machado e colaboradores (2011),
observaram redução de toxicidade em efluente de indústria de alimentos, utilizando radiação
UV direta.
O presente estudo apresentou uma elevada toxicidade no efluente tratado no décimo
segundo reciclo em ambos os reatores demonstrando assim o caráter tóxico do efluente
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testado, após a filtração por carvão ativado apresentou toxicidade elevada mesmo em
condições de 10% de diluição.
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7 CONCLUSÃO
O presente estudo demonstrou a avaliação dos dois modelos de reatores fotoquímicos
que foram submetidos à análise de tratabilidade com efluente real e apresentaram significativa
melhora no aspecto visual, assim bem como os parâmetros avaliados, sendo que os reatores
apresentaram condições de tratamento similares.
Ao final dos experimentos foram observados os resultados, e assim pode-se concluir
que ambos os reatores apresentaram praticamente o mesmo desempenho no décimo segundo
reciclo, obtendo mais de 40% na redução de COT e 80% em relação à turbidez, ao parâmetro
de controle de NT a célula do NEMP apresentou a eficiência de 46% em relação à outra
célula avaliada, demostrando a efetividade de ambos os reatores.
A análise de toxicologia apresentou uma elevada toxicidade no efluente bruto, e uma
redução da toxicidade nos ensaios realizados tratados na décima segunda passagem tanto pela
célula proposta por Loch (2013) e o reator do NEMP, alcançando níveis inferiores a 12% de
germinação. Após a aplicação da técnica UV/H2O2 foi submetido a filtração por carvão
ativado e testes de toxicidade e houve redução da toxicidade apresentando níveis máximos
de 15% de germinação.
Estes valores encontrados podem ser considerados elevados em comparação aos
estudos semelhantes realizados com processos oxidativos avançados.
E cabe destacar de forma positiva a tecnologia utilizada para degradação do efluente
real em ambos os reatores demostrando alternativas ambientais para aplicação industrial em
larga escala
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