disseração jorge marcos rosa poluição de efluentes
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Jorge Marcos Rosa
SUSTENTABILIDADE NO BENEFICIAMENTO TXTIL: PRODUO DE TINGIMENTOS COM REUSO DE EFLUENTE
TRATADO POR FOTOCAT`LISE VIA UV/H 2O2
Dissertao apresentado ao Programa de Mestrado em Engenharia de Produo da Universidade Nove de Julho para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia de Produo.
Orientador: Prof. Dr. Jos Carlos Curvelo Santana
Co-orientador: Prof. Dr. Elesandro Antnio Baptista
So Paulo SP 2010
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II
TERMO DE APROVAO
SUSTENTABILIDADE NO BENEFICIAMENTO TXTIL: PRODUO DE TINGIMENTOS COM REUSO DE EFLUENTE
TRATADO POR FOTOCAT`LISE VIA UV/H 2O2
JORGE MARCOS ROSA
Dissertao apresentado ao Programa de Mestrado em Engenharia de Produo da Universidade Nove de Julho para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia de Produo.
Presidente: Prof. Jos Carlos Curvelo Santana, Dr. Orientador UNINOVE
_____________________________________________________________
Membro: Prof. Elesandro Antnio Baptista, Dr. Co-orie ntador UNINOVE
_____________________________________________________________
Membro: Prof. Elias Basile Tambourgi Dr. UNICAMP
_____________________________________________________________
Coordenador: Prof. Andr Felipe Henriques Librantz Dr . UNINOVE
So Paulo, 13 de Agosto de 2010.
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III
EPGRAFE
Antes tarde do que mais tarde. Tio Du.
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IV
DEDICATRIA A Deus, por conceder-me aos meus pais, Ado Marinho R osa (in memoriam) e
Francisca Paula de Melo (in memoriam), exemplos fantsticos de vida. Aos
meus irmos Jos Tolentino Rosa, Maria das Graas Rosa Fischer, Sebastio
Quintino Rosa (in memoriam), Luiz Antonio Rosa, Marta Terezinha Rosa (in
memoriam), Ceni Aparecida Rosa da Silva, Aureliano Edmundo Rosa e
Fernando Francisco de Paula Rosa.
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V
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Prof. Dr. Curvelo pela extrema for a e dedicao e
ao meu co-orientador, Prof. Dr. Elesandro Antnio Batis ta pelas idias;
Ao Diretor da Escola SENAI Francisco Matarazzo, Prof . Mrcio Vieira
Marinho, ao Coordenador Tcnico, Prof. Paulo Salvi e Coordenadora
Pedaggica Prof. Lilian Cristina Genzerico, no s pela dis ponibilizao das
dependncias e equipamentos da Escola, bem como pela flexibilidade de
horrio.
Ao meu amigo Walter Aparecido Pollnio.
Ao meu amor, Camila Gomes Melo, e aos meus amados filhos, Edison
Fischer dos Santos Rosa e Paula dos Santos Rosa, pela compreenso nos
momentos de minha ausncia.
Universidade Nove de Julho pelo apoio financeiro.
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VI
RESUMO
ROSA, J.M.: SUSTENTABILIDADE NO BENEFICIAMENTO TXT IL:
PRODUO DE TINGIMENTOS COM REUSO DE EFLUENTE TRATA DO
POR FOTOCAT`LISE VIA UV/H 2O2. So Paulo, 2010. Dissertao -
Programa de Mestrado em Engenharia de Produo, UNIN OVE, Universidade
Nove de Julho.
O objetivo deste trabalho foi estudar a possibilidade de reutilizao de efluentes
txteis tratados via fotocatlise homognea via UV/H2O2 em novos processos
de tingimento. Os processos fotocatalticos foram efetuados em um reator do
tipo batelada contendo duas lmpadas UV-C 237nm de 6W cada, 296K e sob
agitao magntica. Inicialmente foram testados trs tipos de corantes contidos
em efluentes sintticos obtidos de tingimentos efetuados nas dependncias da
Escola SENAI Francisco Matarazzo, todos com eficincia na decomposio
fotoqumica acima de 90%. Aps os ensaios com efluentes sintticos, foram
coletadas duas amostras de efluente real junto a uma tinturaria industrial, em
cujas se efetuou um processo de decomposio com o au xlio de um
planejamento fatorial 23. Analisados os resultados, o melhor processo foi
selecionado para ser aplicado na execuo de cinco tingime ntos consecutivos,
com tratamentos fotoqumicos apresentando decomposi o acima de 85%. Os
tingimentos efetuados com efluentes tratados foram testados contra
tingimentos efetuados com gua e obtiveram resultados satisfatrios, todos
com desvios totais abaixo de DE = 1,10, demonstrando que o processo
passvel de ser aplicado para reuso de efluente tratado em novos processos de
tingimento.
Palavras-chave : reuso; efluentes txteis; fotocatlise homognea; UV/H2O2.
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VII
ABSTRACT
ROSA, J.M.: SUSTAINABILITY IN THE PRODUCTION OF TEXTILES:
DYEINGS PRODUCTION WITH REUSE OF TREATED WASTEWATER BY
PHOTOCATALYSIS VIA UV/H2O2. So Paulo, 2010. Dissertation - Production
Engineering Masters Program, UNINOVE, Nove de Julho University.
The aim of this work was to verify the reuse possibility of treated textile
wastewater by homogeneous photocatalysis via UV/H2O2. The photocatalytic
process was performed in a kind of boatload reactor containing two UV-C
lamps, 237nm, 6W each, at 296K under magnetic stirring. Initially were tested
three types of dyes present in synthetic wastewater. All dyeing were done at
"Francisco Matarazzo SENAI School Laboratory and all wastewater
photochemical decomposition test had efficiency above 90%. After those tests
with synthetic wastewater, were collected two real wastewater samples from a
dyeing room, in which were done nine decomposition process with aid of a
factorial planning 23. After the analysis of the results, the best process was
selected to be applied in order to realize five consecutive dyeing, all of them
with photochemical decomposition treatments results above 85%. The dyeing
made with wastewater were tested against dyeing made with water, with
satisfactory results, all with total deviations below DE = 1.10, showing that the
process can be applied in order to reuse the treated wastewater it in new dyeing
processes.
Keywords : reuse; textile wastewater; homogeneous photocatalysis; UV/H2O2.
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VIII
Lista de Abreviaturas e Smbolos
ABEPRO Associao Brasileira de Engenharia de Produo
ABIQUIM Associao Brasileira da Indstria Qumica.
Abs Absorbncia
C.I. Colour Index
CIE Refere-se International Comission of Illumination por m, abreviado do Francs: Commission Internationale de Lclairage.
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente.
DE Desvio Total (CIELab)
DL Desvio no eixo da Luminosidade
Da Desvio nos eixos de tonalidade verde/vermelho
Db Desvio no eixo de tonalidade amarelo/azul
ETE Estao de Tratamento de Efluentes
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry.
L*a*b* Eixos L*, a* e b*, utilizados no Sistema CIE. O eixo L* refere-se Luminosidade (Claro/Escuro) e os eixos a*/b* tonalidade , sendo o eixo a* para variaes entre verde/vermelho e o eixo b*, para variaes entre amarelo/azul.
POA Processo Oxidativo Avanado
Vis Visvel
W Watt
K Kelvin
nm Nanmetro
pH Potencial Hidrogeninico
oB Graus Baum
aaaa converso da reao
k constante de velocidade
lll l max comprimento mximo de onda
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IX
SUM`RIO DE CONTEDOS
1 INTRODUO .................................... ......................................................... 13
1.1 Justificativa .................................. ............................................................. 14 1.2 Objetivos ..................................... .............................................................. 15
2 REVISO BIBLIOGRAFICA ......................... ............................................... 18
2.1 Corantes Txteis ....................................................................................... 19 2.2 A indstria txtil e o meio ambiente .......................................................... 24 2.3 Tratamentos de efluentes txteis .............................................................. 27
3 MATERIAIS E MTODOS ........................... ................................................ 30
3.1 Materiais ..................................... .............................................................. 31 3.2 Mtodos ..................................... ............................................................... 34
4 RESULTADOS e DISCUSSO ........................ ........................................... 39
4.1 Estudos Preliminares ........................... ..................................................... 39 4.2 Efluente Real ................................ ............................................................ 54 4.3 Aplicao do processo otimizado ................. ............................................ 58 4.4 Custos ecolgicos no processo de reuso da gua na indstria txtil ....... 67
5 CONCLUSO ..................................... ......................................................... 70
5.1 Sugestes para novas pesquisas ............... .............................................. 72
6 REFERNCIAS BIBLIOGR`FICAS .................... ........................................ 73
7 GLOSS`RIO ..................................... ........................................................... 78
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X
Lista de Figuras
Figura 01. Estrutura do Reactive Blue 19. ......................................................... 21
Figura 02. Estrutura do Reactive Violet 5. ......................................................... 21
Figura 03. Estrutura do Reactive Black 5. ......................................................... 21
Figura 04. Beneficiamento da fibra de algodo em relao s demais fibras. .. 26
Figura 05. Tingimento da fibra de algodo em relao a ou tros processos. ..... 26
Figura 06. Atividades comuns na elaborao de um modelo . .......................... 30
Figura 07a. Desenho do reator fotoqumico. ..................................................... 32
Figura 07b. Foto do reator fotoqumico. ............................................................. 33
Figura 08. Processo de preparao do substrato. .... ......................................... 35
Figura 09. Processo de tingimento. ................................................................... 36
Figura 10. Resultado da fotodecomposio do efluente br uto em 70 min. ........................................................................................ 39
Figura 11. Grfico de fotodecomposio do efluente bruto em 200 min sob pH 7,0. .................................................................... 40
Figura 12. Grfico de fotodecomposio do efluente diludo 10 vezes, em 90 min e pH 7. ............................................................ 41
Figura 13. Grfico de fotodecomposio do efluente diludo 10 vezes, em 90 min, pH 9 e 11. ...................................................... 42
Figura 14. Grfico da decomposio fotoqumica do corante diludo em gua. ............................................................................... 46
Figura 15. Representao do lcool (1) e do ter (2) oriundos da reao corante-gua. ................................................................... 48
Figura 16. Grfico da decomposio fotoqumica do corante contido em efluente. .......................................................................... 49
Figura 17. Comparao entre tratamentos. ........... ............................................ 49
Figura 18. Grfico comparativo entre os dois experimentos. ............................ 50
Figura 19. Efluente bruto x efluentes tratados. .................................................. 52
Figura 20. Fotodecomposio em pH 7, 9 e 11. ........ ........................................ 52
Figura 21. Sistema CIELab. ............................................................................... 53
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XI
Figura 22. Diluio e [H 2O2], efluentes Castanho (A) e Vermelho (B). .............. 55
Figura 23. Diluio e pH, efluentes Castanho (A) e Verme lho (B). ................... 56
Figura 24. [H2O2] e pH, efluentes Castanho (A) e Vermelho (B). ...................... 57
Figura 25. Grfico de preparao e tingimentos A, B, C, e D............................ 59
Figura 26. Grfico do tingimento E. ................................................................... 59
Figura 27. Decomposio fotoqumica dos efluentes relativ os aos Tingimento A, B, C e D. ............................................................. 61
Figura 28. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimento A. .................................................................................... 62
Figura 29. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimento B. .................................................................................... 62
Figura 30. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimento C. .................................................................................... 63
Figura 31. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimento D. .................................................................................... 63
Figura 32. Dados relativos ao Tingimento A, efluente tratado e gua de reabastecimento. ................................................................ 64
Figura 33. Dados relativos ao Tingimento B, efluente tratado e gua de reabastecimento. ................................................................ 64
Figura 34. Dados relativos ao Tingimento C, efluente tratado e gua de reabastecimento. ................................................................ 65
Figura 35. Dados relativos ao Tingimento D, efluente tratado e gua de reabastecimento. ................................................................ 65
Figura 36. Dados relativos ao Tingimento E, efluente tratado e gua de reabastecimento. ................................................................ 66
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XII
Lista de Tabelas
Tabela 01. Tabela de auxiliares de tingimento. ................................................. 35
Tabela 02. Planejamento 23 para otimizao do processo de fotodegradao do efluente real. .................... .................................. 38
Tabela 03. Dados sobre a coleta das amostras de efluente.............................. 38
Tabela 04. Dados da converso obtida nos ensaios. .... .................................... 42
Tabela 05. Resultado da matriz de correlao concentra o x tempo para o corante em gua. ................................................................... 45
Tabela 06. Resultados dos clculos da cintica referente ao corante diludo em gua. .................................................................. 45
Tabela 07. Matriz de correlao concentrao x tempo p ara o corante em efluente. ...................................................................... 47
Tabela 08. Resultados dos clculos da cintica referente ao corante contido em efluente. ............................................................. 48
Tabela 09. Tabela com os valores relativos aos dois experimentos. ................ 50
Tabela 10. Resultados dos tratamentos fotoqumicos nas trs faixas de pH. ..................................................................................... 51
Tabela 11. Anlise de varincia do modelo para o efluente castanho. ............. 54
Tabela 12. Anlise de varincia do modelo para o efluente vermelho. ............. 54
Tabela 13. Converses obtidas no planejamento fatorial do s dois efluentes. ................................................................................... 58
Tabela 14. Receitas e ordem de tingimento. ..................................................... 60
Tabela 15. Dados sobre a fotocatlise dos efluentes. ....................................... 61
Tabela 16. Desvios parciais e totais referentes aos Tingimentos A, B, C, D e E. ................................................................................... 66
Tabela 17. Comparao entre processos. ............. ............................................ 67
Tabela 18. Projeo de consumo mensal. ............... .......................................... 69
Tabela 19. Tarifas dos servios de fornecimento de gua e coleta de esgoto. ............................................................................... 69
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13
1 INTRODUO
A busca por sustentabilidade tem sido uma constante n o s para as
empresas txteis, bem como para empresas de vrios segmentos. A reduo
no consumo de recursos hdricos um dos pontos mais explorados
principalmente em tinturarias, onde o consumo de gua elevado.
Todos os processos industriais produzem efluentes sejam slidos,
lquidos ou gasosos, em maior ou menor quantidade, tornando-se
imprescindvel o seu tratamento, de modo que obedeam aos padres
ambientais estabelecidos pela legislao, mais especificamente as Resolues
N 020 de 1986 e N 274 de 2000 do CONAMA (1986 e 2000).
A indstria txtil representa um extraordinrio valor econmico-social,
absorvendo expressiva quantidade de mo de obra e ger ando divisas. O Brasil,
com cerca de cinco mil empresas no segmento, o sexto produtor mundial e
quinto em gerao de empregos diretos, produzindo anu almente quase dois
milhes de toneladas de tecido, o que representa 2,5% d a produo mundial.
Em 2007, chegou a representar 17,3% do emprego total da indstria de
transformao nacional (CONCHON, 1999; PRADO, M.V. e PRADO, R.V.B.,
2008).
Pode-se citar como exemplo a Hering, tradicional marca de vesturio,
fundada em 1880, com sede em Santa Catarina, que possui 202 lojas, sendo
16 prprias, e planeja chegar at 2010 com 325 lojas, sendo 50 prprias. No
exterior possui 23 pontos de venda franqueados e sua produo mensal de 3,5
milhes de peas/ano rene as etiquetas Hering, Dzarm e PUC. Para os
prximos trs anos, pretende ampliar a produo para 5 ,5 milhes de peas
anuais (IEMI, 2007).
A indstria txtil, em particular, apresenta elevada demanda de gua em
seus processos, gerando grande quantidade de guas residurias, as quais,
geralmente, contm altas cargas de sais dissolvidos, surfactantes, slidos
suspensos e matria orgnica, principalmente de corantes na forma de
molculas complexas (NEAMTU et al., 2002).
Levando-se em considerao o fato de que todo esse p roduto tinto,
lavado ou estampado e que, para tanto, utiliza-se um volume expressivo de
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14
gua, em torno de 50 a 100 litros para cada quilograma beneficiado, alcana-se
um alarmante consumo mdio de gua de aproximadamente 150 bilhes de
metros cbicos por ano (RUSCHIONI, 2007).
Toda essa gua empregada gera grande quantidade de guas
residurias, as quais, geralmente, contm altas cargas de sais dissolvidos,
surfactantes, slidos suspensos e matria orgnica, prin cipalmente de corantes
na forma de molculas complexas. Assim sendo, dos impactos ambientais, um
dos principais problemas na indstria txtil diz respeito gerao de efluentes
poluidores (NEAMTU et al., 2002; HASSEMER e SENS, 2002; BABAN et al.,
2004).
Este fato torna-se ainda mais preocupante quando se concatena esses
dados com o estudo de Oliveira e Von Sperling (2005), onde foram analisadas
166 Estaes de Tratamento de Efluentes (ETE) em ope rao no pas, todas
com desempenho considerado insatisfatrio. Segundo os a utores, as
tecnologias de tratamento de efluentes mais usualmente utilizadas no Brasil
so fossa sptica seguida de filtragem anaerbia, lagoas facultativas, lagoas
anaerbias seguidas por lagoas facultativas e lodos ativad os, entretanto, esses
mtodos tm pouco ou nenhum efeitos sobre o tratamento do efluente.
No beneficiamento do algodo, por exemplo, a gerao d e efluentes e a
no reutilizao dos banhos de processamento ocasiona u m descarte de, no
mnimo, 35 litros de efluente para cada quilograma de substrato tratado. Esse
efluente composto por diversos contaminantes tais como dispersantes,
tensoativos, silicatos e fixadores, dentre outros. A variao de corantes
significativa, gerando unidades absorciomtricas de cor na faixa de 420 nm a
600 nm (MACHADO et al., 2006).
1.1 Justificativa
A proposta deste estudo justamente a reutilizao de stes efluentes aps
serem tratados por Processo de Oxidao Avanado (PO A), do tipo fotocatlise
homognea via UV/H2O2, em um reator contendo agitao magntica e duas
lmpadas UV-C (237 nm) de seis W cada.
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15
Os POA tm sido pesquisados com intuito de incorporar-se aos
tratamentos convencionais de efluentes. Vm atraindo grande interesse por
serem mais sustentveis em longo prazo e so baseados na formao de
grupos hidroxila (HO), agentes altamente oxidantes que, devido sua alta
reatividade, podem reagir com uma grande variedade de classes de compostos
orgnicos, promovendo uma total converso para compos tos incuos, como
CO2 e gua.
Em Aleboyeh et al. (2003), o processo de oxidao avanada via UV/H 2O2
descrito como capaz de destruir totalmente a estrutura cromfora de alguns
corantes, sendo que a extenso da degradao depend e da estrutura bsica
da molcula e da natureza dos grupos auxiliares ligados ao ncleo aromtico
dos corantes. A degradao da cor devida ao da radiao UV e do grupo
hidroxila gerado na fotlise do perxido de hidrognio.
Os POA dividem-se em sistemas homogneos e heterogneos onde os
grupos hidroxila so gerados com ou sem irradiao ultrav ioleta, dentre os
quais podemos citar como exemplos de sistemas homogneos os processos
que envolvem a utilizao de oznio, perxido de hidrognio , decomposio
cataltica de perxido de hidrognio em meio cido; reao de Fenton ou Foto-
Fenton e como sistemas heterogneos, os que utilizam semicondutores como
dixido de titnio (BRITO e RANGEL, 2008).
Portanto, justifica-se a escolha deste tipo de tratamento para que os
efluentes possam ser tratados e reutilizados em, no mnimo 95% dos
processos de beneficiamentos txteis, o que representaria uma significativa
economia de recursos hdricos naturais.
1.2 Objetivos
A sustentabilidade em uma empresa depende, dentre vrios fatores, de
quo limpa e enxuta for sua produo. Apesar de novas tecnologias gerando
novos equipamentos, a indstria txtil, mais precisamente o setor de
beneficiamentos txteis, ainda uma das indstrias onde se consome uma
considervel quantia de recursos hdricos, como observado nos estudos de
Ruschioni (2007) e Machado et al. (2006).
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16
1.2.1 Objetivo Geral
Com foco principal voltado para a sustentabilidade no consumo de gua
em empresas que beneficiam fios e tecidos de algodo, o objetivo desta
pesquisa estudar a possibilidade de reutilizao de eflue ntes tratados por
POA em, no mnimo, 90% de novos processos de limpeza, alvejamento e
tingimento.
1.2.2 Objetivos Especficos
- Montar um reator fotoqumico do tipo batelada, com capacidade para um
litro e que dever conter duas lmpadas do tipo UV-C 237 nm, agitao e
sistema protetor da ao de luz externa, onde devero ser realizados os
experimentos;
- Preparar solues de corantes em gua destilada para posterior anlise
do comportamento de fotodecomposio no reator, sob condies variadas de
pH, verificando a influncia do H2O2 e tambm da radiao UV;
- Executar a preparao de tingimentos com os mesmos corantes no
intuito de obter efluente real em escala piloto e, com auxlio de planejamento
fatorial 23, determinar as quantidades ideais de produtos auxiliares a serem
utilizados para, desta forma, poder reproduzir os processos de produo
industrial;
- Testar o comportamento de fotodecomposio dos eflu entes obtidos em
escala piloto, sob condies variadas de UV/ H 2O2, fatores de diluio e faixas
de pH;
- Verificar a cintica de fotodegradao do corante qua ndo diludo em
gua e tambm do mesmo corante presente em efluente real obtido em escala
piloto, ambos tratados nas mesmas condies de UV/ H 2O2 e pH;
- Coletar amostras de efluentes diretamente de uma tinturaria industrial e
testar sua degradao no reator fotoqumico com aux lio de planejamento
fatorial 23, variando quantidades de H2O2, fatores de diluio e pH;
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17
- Efetuar um tingimento, tratar seu efluente com processo otimizado obtido
no tratamento de efluente coletado junto tinturaria ind ustrial e estudar sua
utilizao e reutilizao aps as diversas etapas de degr adaes pelo POA,
para verificar-se a quantidade de reutilizao do efluent e que o processo
permite.
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18
2 REVISO BIBLIOGRAFICA
A maior parte dos trabalhos atuais sobre efluentes diz respeito a
tratamento alternativos para posterior descarte, sendo poucos os que dissertam
sobre sua reutilizao.
Tambm tem havido dificuldades para alguns pesquisadores na execuo
de ensaios, como observado no Editorial da revista Dyes and Pigments (n. 79,
2008), do qual foram traduzidos alguns trechos, descritos a seguir.
Desde quando o sistema de submisso on-line da Dyes an d Pigments
entrou em funcionamento h quase dois anos, dos documentos que foram
analisados pouco mais de 60% trata sobre remoo de co rantes via adsoro
e/ou degradao. Esta elevada porcentagem reflete cla ramente a importncia
da remoo de corante como objeto de estudo e, como so de autores de todo
o mundo, mostra tambm que a pesquisa remoo de co rante
verdadeiramente de interesse mundial.
No entanto, deste grande nmero de manuscritos submetidos sobre
remoo de corante, uma proporo alarmante foi consid erado inaceitvel para
a publicao. Dos trabalhos apresentados apenas 8% for am aceitos e 92%
foram rejeitados. Esta taxa de rejeio consideravelmen te superior as das
outras reas do jornal como, por exemplo, sntese de corantes, pigmentos e
produtos intermedirios, suas propriedades fsicas ou qumicas, dentre outras.
Depois de ler todos os documentos apresentados, bem como todos os
comentrios dos revisores, fica claro que os manuscritos rejeitados possuem
vrias caractersticas comuns e so muito semelhantes em sua apresentao e
organizao. Alguns comentrios dos revisores incluem as seguintes
observaes:
- muitos autores no esto familiarizados com a utilizao dos corantes,
sua classificao e o conceito de nomes genricos;
- no h um argumento plausvel do porque da seleo d este ou daquele
corante em particular;
- os corantes selecionados para estudo tm sido corantes antigos ou sem
importncia comercial;
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19
- muitos autores no tm cincia de que o efluente real uma mistura
complexa de corantes, aditivos, eletrlitos e que o uso d e gua destilada para
as solues de estudo no representa as condies de um efluente real.
Atravs deste editorial, percebe-se o quo complexo o universo dos
corantes, sua utilizao, impactos ambientais, dentre ou tros itens. Para se ter
uma idia desta complexidade, somente dos corantes utilizados no tingimento
de fibras celulsicas pode-se citar os Diretos, com trs classes distintas e os
Reativos, com sete classes subdivididas em monofuncional, bi-heterofuncional
e bi-homofuncional, dos tipos halogenoheterocclicos e vinilsulfnico. Alm
destes dois corantes, para fibras celulsicas ainda existe m os corantes
sulfurosos, tina e naftis (SALEM, 1999).
Em termos de grupo cromforo, alm dos grupos Azo (que podem ser
mono, di, tri ou poliazo) tambm h os grupos Antraquinnicos,
Trifenilmetanos, Azinas, Oxazinas, Nitros e Stilbenos dentre vrios outros,
todos descritos por Abrahart (1977).
Assim sendo neste captulo, sero abordados tpicos re ativos aos
corantes estudados, a indstria txtil e o meio ambiente, alm de alguns dos
principais tipos atuais de tratamentos de efluentes.
2.1 Corantes Txteis
Os corantes so substncias classificadas quimicamente c omo Sistemas
Cromgenos, capazes de refletir determinadas ondas elet romagnticas de
comprimento compreendido entre 400 e 720 nm (BILLMEYER e SALTZMAN,
1981).
Existem vrias classes de corantes e dentro de cada classe, vrios tipos.
Podem ter afinidade com uma ou vrias fibras, porm todos interagem com o
substrato atravs de dois tipos de ligao: Ligaes de Hidrognio e Foras de
van der Waals. Alm destas duas foras tambm pode haver ligaes
covalentes ou inicas, dependendo do corante utilizado ( JOHNSON, 1989).
Zollinger (1991) postulou que, enquanto sistemas os corantes podem ser
divididos em trs principais grupos: auxocromos - grupos doadores de eltrons
-
20
(NH2, OH); anti-auxocromos - grupos receptores de eltrons (NO2, COOH) e
cromforos - grupos lineares ou cclicos com duplas liga es conjugadas,
responsveis pela ressonncia (-N=N-; C=O).
Entretanto, em 1996, a International Union of Pure and Applied Chemistry,
(IUPAC), definiu o termo Auxocromo como obsoleto:
Auxocromo: um tomo, ou grupo de tomos, que quando adicionado ou
introduzido em um grupo cromforo, causa mudana na p osio da banda
espectral e/ou um efeito hipercrmico da banda introduz ida no grupo
cromforo, geralmente na banda de mais baixa freqn cia. Este termo
obsoleto. (Traduzido pelo autor, do original Auxochrome, Compendium of
Chemical Terminology, IUPAC, 1997)
Portanto, nos dias de hoje, em vez das denominaes au xocromo e anti-
auxocromo, a espectroscopia define os sistemas cromge nos em grupos
cromforos, os grupos responsveis pela cor; grupos doadores de eltrons, os
grupos de maior densidade eletrnica e grupos receptore s de eltrons, os
grupos de menor densidade eletrnica.
Segundo a Associao Brasileira da Indstria Qumica (ABIQUIM, 2009),
a utilizao de corantes txteis no Brasil concentra-se principalmente nos
corantes reativos para fibras celulsicas, que hoje respo ndem por 57% do
mercado, um dos motivos da escolha por trabalhar-se com este tipo de corante.
Os corantes reativos so utilizados em grande escala no tingimento de
fibras de algodo e viscose, principalmente para o segmen to de vesturio em
cores de intensidade mdia e escura, devido a seus bons ndices de solidezes
aos tratamentos midos. Entretanto, este tipo de corante reage no s com o
substrato, bem como com a gua e, desta forma, acaba sendo um dos
principais constituintes dos efluentes de tinturarias, outro motivo para a eleio
deste tipo de corante.
Nas Figuras 01, 02 e 03, a estrutura de trs corantes estudados e
analisados em gua destilada e em efluente sintetizado.
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21
Figura 01 . Reactive Blue 19 (RB19), reativo do tipo VS, grupo cromforo
antraquinnico e massa igual a 628,60 g.mol -1 (ROSA et al, 2009).
Figura 02 . Reactive Violet 5 (RV5), reativo do tipo VS,
grupo cromforo azo e massa igual a 719,60 g.mol -1 (SDC, 1971).
Figura 03 . Reactive Black 5 (RB5), reativo do tipo VS, grupo cromforo azo e
massa igual a 991,80 g.mol-1 (SOUZA e PERALTA-ZAMORA, 2005).
-
22
O processo de colorao da celulose com esse tipo de co rante efetuado
em presena de lcali e, devido a esse fato, o efluente gerado tambm possui
pH alcalino.
Em relao aos grupos reativos, podem-se classificar os corantes em dois
tipos sendo os Halogehoheterocclicos (HHC) e os Vinilsulfnicos (VS).
Tambm h corantes que possuem dois, ou mais, grupos reativos que podem
ser iguais, os bi-homofuncionais, ou diferentes, os bi-heterofuncionais.
Os corantes contemplados neste estudo possuem grupo reativo do tipo
VS. Os VS so corantes de relativa facilidade de aplica o, pouca
substantividade quando comparado aos demais tipos e sua reao com a fibra
ocorre por adio nucleoflica em quatro etapas distintas , descritas por Rosa
(2008) e mostradas a seguir.
Etapa 01 - O corante possui o grupo b-sulfatoetilsulfona que, em
presena de lcali, elimina sulfato de sdio e gua, dando origem ao grupo VS,
mostrado na reao abaixo.
Etapa 02 - Neste grupo, a dupla ligao carbono-carb ono polarizada
pela atrao eletrnica do grupo sulfnico, representada na reao a seguir.
Etapa 03 - Esta polarizao implica em carga positiva ao carbono
terminal, permitindo que a adio nucleoflica ocorra com a celulose ionizada. A
reao abaixo explica como isso ocorre.
Corante S
O
O
O S
O
O
O NaNaOH
Corante S
O
O
CH2+ Na2SO4 + H2O
Corante SH-
O
O
CH+
Corante S
O
O
CH2
Corante SH-
O
O
CH+
+ O- Celulose Corante S
O
O
CH-
O Celulose
-
23
Etapa 04 - Atravs da adio de um prton, a rea o completada,
como est mostrado abaixo.
O corante tambm reage com a gua, tornando-se ineficaz na colorao
do substrato. Conforme j demonstrado na Etapa 01, o grupo b-
sulfatoetilsulfona em presena de lcali torna-se o grupo reativo VS. Segundo
SHORE (2002), sua reao com a gua pode gerar compostos etlicos ou
etreos, ocorrendo de duas formas:
a) O grupo VS reage com a gua formando o grupo sulfoniletanol. Isso
pode ser observado na reao a seguir.
b) Temperaturas entre 90 e 100C e pH acima de 11,5 em presena de
nions carbonato ou hidrxido, condies encontradas no tratamento posterior
ao tingimento, so condies para a formao do 2-hidr xietilsulfona, uma
forma de dietilter que pode chegar a 10% da massa inicial de corante
utilizado. A seguir, o esquema da reao.
So essas duas formas que estaro presentes em maior quantidade nos
efluentes. Entretanto, presume-se que o alvo do ataque fotoqumico seja o
grupo cromforo contido no sistema e existem vrios tipos de grupos
cromforos tais como Azo, Antraquinnico, Trifenilmetano, dentre outros. Os
grupos contidos nos corantes presentes nesse estudo so do tipo
antraquinnico e azo.
Devido competio entre a celulose e os ons hidroxila n os banhos de
tingimentos em condies pH alcalino e tambm concentra es de sais
variando de 30 a 90 g.L-1, calcula-se que a perda de corantes varie entre 10 a
Corante S
O
O
O CeluloseCorante S
O
O
CH-
O CeluloseH+
Corante SH-
O
O
CH+
+ H2O Corante S
O
O
OH
Corante SH-
O
O
CH+
+ CoranteS
O
O
O-
Corante S
O
O
OCoranteS
O
O
-
24
40%, devido a no reao com a fibra. A falta de afinid ade do corante
hidrolisado para com a fibra resulta, conseqentemente, no efluente altamente
colorido (TUNUSSI e ALEM SOBRINHO, 2002; BEYDILLI e PAVLOSTATHIS,
2005).
2.2 A indstria txtil e o meio ambiente
Nos processos de beneficiamentos txteis, a maior parte do consumo de
gua destinada aos setores de lavagem, alvejamento e tingimento.
Numerosas operaes so necessrias a fim de dar ao tecido o mximo de
propriedades, gerando assim em cada etapa diferentes despejos. Dependendo
da origem os efluentes apresentam vazes, cargas org nicas e condutividade
devida aos sais e auxiliares de tingimento adicionados, alm de alta colorao
e pH elevado (VANDEVIVERE et al., 1998).
Conchon (1999) relatou que a indstria txtil representa um extraordinrio
valor econmico-social, absorvendo expressiva quantidade de mo de obra e
gerando divisas. No Brasil, h cerca de 5.000 indstrias txteis, assim
distribudo: 11 % de grande porte; 21 % de pequeno; e 68 % como micro-
empresas. O setor txtil brasileiro ocupa o 5 lugar em empregos diretos e o 6
em faturamento.
Em 2007, o setor representou 5,2% do faturamento total da indstria de
transformao e, em termos de pessoal ocupado, a par ticipao foi ainda mais
expressiva, com 17,3% do emprego total da indstria de transformao
nacional. Com base nos dados do consumo mundial de fibras em 1990 e 2006,
bem como na populao mundial nesses mesmos anos, po ssvel concluir que
em 1990 o consumo mundial per capita era de 7,6 kg por habitante, passando
para 10,9 kg por habitante em 2006, ou seja, um aumento de 43,4% no
consumo por pessoa, nos ltimos 16 anos (PRADO, M. e PRADO, 2008).
Ainda segundo Prado, M. e Prado (2008), o Brasil ocupa o 6 lugar
mundial na produo de txteis com produo anual em to rno de 1.732 milhes
de toneladas por ano, que representam 2,5% da produ o mundial.
Levando-se em considerao o fato de que todo esse p roduto tinto,
lavado ou estampado e que, para tanto, utiliza-se um volume expressivo de
-
25
gua, em torno de 50 a 100 litros para cada quilograma segundo Ruschioni
(2007), chega-se ao alarmante consumo mdio de gua como sendo
aproximadamente 1,50 x 1011 metros cbicos por ano.
Segundo Coughlin, Kinkle e Bishop (2003), cerca de 4% da produo de
corantes orgnicos decorrente dos processos de snte se e aplicao se
perdem para o meio ambiente, produzindo guas residurias fortemente
coloridas. O desenvolvimento de tecnologias eficientes e baratas para o
tratamento de efluentes contendo corantes constitui uma necessidade, e
considerveis esforos esto sendo dedicados a esse campo de pesquisa.
Lucas et al. (2008) citaram que a contaminao de guas naturais tem
sido um dos grandes problemas da sociedade moderna. Sendo assim, a
economia de gua em processos produtivos vem ganhando especial ateno
devido ao valor agregado que tem sido atribudo a este bem, atravs de
princpios como consumidor pagador e poluidor pagador, recentemente
incorporados na nossa legislao.
Nas Figuras 04 e 05 um comparativo do tingimento da fibra de algodo
em relao s demais fibras e do processo de tingimento em relao aos
demais processos de beneficiamento de malhas, no perodo de 2003 a 2007.
-
26
Figura 04 . Beneficiamento da fibra de algodo em relao s demais
fibras no perodo de 2003-2007 (PRADO, M. e PRADO, 2008).
Houve um aumento de 246.588 toneladas em 2003 para 371.191
toneladas em 2007, o que representa um crescimento de 50,53% no
beneficiamento de tecidos de malha de algodo 100%. Out ras fibras somadas:
Acetato, Viscose, Poliamida, Acrlico, Polister e Polietileno, todos os valores
em toneladas.
Figura 05 . Tingimento da fibra de algodo em relao aos demais
processos no perodo de 2003-2007 (PRADO, M. e PRADO, 2008).
Neste tpico, o aumento observado foi de 169.431 tone ladas em 2003
para 275.876 toneladas em 2007, representando um crescimento de 62,82%
no beneficiamento de tecidos de malha de algodo 100%. Os demais
processos so: alvejamento, amaciamento, calandragem, p urga, navalhagem,
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
2003 2004 2005 2006 2007
ALGODO OUTRAS FIBRAS
400000
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
2003 2004 2005 2006 2007
TINGIMENTO DEMAIS PROCESSOS
tone
lada
s to
nela
das
-
27
estamparia, impermeabilizao, mercerizao, resinagem e vaporizao, sendo
os valores expressos tambm em toneladas.
2.3 Tratamentos de efluentes txteis
Durante as ltimas dcadas tm-se pesquisado novos mtodos que
possibilitem uma maior eficincia no tratamento dos efluentes txteis, no intuito
de reduzir os seus impactos ao serem descartados em corpos hdricos e de at
se reaproveitar, parcial ou totalmente, a gua contida nele, como se v a
seguir.
Salgado et al. (2009) utilizaram processos de oxidao avanada,
Fe2+/H2O2 e UV/ H2O2, na descolorao de dois efluentes sintticos, contendo
corantes tipo ndigo e azo, e de um efluente de lavanderia industrial. Foram
tratadas solues com concentrao de 20 mg/L dos co rantes ndigo carmim e
vermelho congo e tambm o efluente txtil com pH = 3. Todas as amostras
foram submetidas a diferentes condies oxidantes sob temperatura ambiente
(27 C). As remoes de cor e de DQO foram avaliadas em cada sistema
oxidativo estudado. Os resultados obtidos mostraram que os processos
utilizados so muito promissores na descolorao dos eflu entes. A
descolorao completa das solues foi alcanada nos pro cessos Fenton e
com UV/ H2O2.
Brana et al. (2009) estudaram o efeito do nitrato na descolorao de
corantes em reatores anaerbios, suplementados ou no , com mediadores
redox. Dois reatores anaerbios em paralelo foram oper ados com tempo de
deteno hidrulica (TDH) de dez horas, utilizando-se etanol como
cossubstrato. Os resultados provaram que os reatores eram eficientes na
remoo de cor, sendo o composto etanol um eficiente d oador de eltrons para
sustentar a reduo do corante azo. O mediador redox aumentou as taxas de
reduo do corante azo, mas o seu efeito no foi to marcante comparado aos
experimentos realizados anteriormente. Contrariamente s hipteses
levantadas de que a adio de nitrato poderia interfer ir nas taxas de remoo
de cor e propriedades catalticas do mediador redox, n o se verificou nenhum
efeito desse composto.
-
28
Em outro estudo, Aleboyeh et al. (2008) utilizou o auxlio de redes neurais
artificiais para prever a descolorao fotoqumica de um a soluo de um
corante Acid Orange utilizando POA via UV/H2O2. A rede foi alimentada com
concentraes iniciais de corante e perxido, valores de pH da soluo e
tempo de irradiao, sendo o resultado expresso em efic incia de
descolorao. Os demais dados introduzidos foram dados de outros trabalhos
dos autores.
Como esperado e descrito pelos prprios autores, a con centrao inicial
de H2O2 teve uma relevncia significativa de 48,89%, aparentando ser a
varivel mais influente no processo de descolorizao, demonstrando
viabilidade na aplicao desta tcnica inteligente.
Lucas e Peres (2007) compararam diferentes sistemas de fotoxidao,
utilizando Fenton/UV-C e Ferrioxalato/Perxido/Luz Solar n a descolorao e
mineralizao de corantes azo. Em primeira instncia os a utores pesquisaram
diferentes processos de descolorao do Colour Index (C.I.) Reactive Black 5
(RB5) para posteriormente buscar parmetros otimizado s para os processos de
Fenton/UV-C e Ferrioxalato/Perxido/Luz Solar, variand o pH, quantidade de
perxido, dosagem de ferro, concentrao de RV5 e fo nte de luz. Foi
detectado uma diferena no muito significativa entre o s dois processos,
ambos eficientes, com valores de 98,1% e 93,2 respectivamente, aps 30
minutos.
Ainda na linha de pesquisas envolvendo POA, Alinsafi et al. (2006)
utilizaram fotocatlise envolvendo partculas de TiO2 irradiadas por radiao
UV solar. A descolorao obtida atravs desse mtodo foi de 74%.
Alm dos estudos j citados, vrios outros envolvendo combinao de
novas tecnologias tem sido opes atrativas para o trat amento de efluentes.
Cinco diferentes corantes diludos em gua (C.I. Direct Red 75, 80, 81 and
C.I. Direct Yellow 8 and 27) foram tratados com nanofiltrao por Hwan Mo et
al. (2008) por meio de membranas compsitas de poliamida, p ara obteno de
gua de reuso. Os resultados obtidos foram todos prximos da casa dos
100%.
-
29
O estudo de alguns agentes alternativos utilizando-se de biomassa como
adsorvente tambm tem despertado ateno recentemen te. Alguns artigos tm
sido publicados nos ltimos anos, utilizando carvo ativado de coco, bambu,
casca de eucalipto e quitosana como materiais adsorventes. J os tratamentos
biolgicos convencionais requerem um longo tempo para que o efluente atinja
os padres exigidos, alm de possuir uma faixa pequena de pH e temperatura
na qual o sistema pode atuar (KUNZ et al., 2002; TEIXEIRA e JARDIM, 2004).
Shimokawa et al. (2008) estudaram a descolorao com enzimas obtidas
atravs da cultura hbrida do basitomiceto Thanatephorus cucumeris. Nos
ensaios de descolorao de 16 diferentes corantes, 13 obtiveram valores acima
de 90% em 10 dias.
Rivera et al. (2009) combinaram o tratamento fsico-qumico convencional
com uma tcnica chamada sonoeletroqumica, o resultado da combinao de
eletroqumica com a tecnologia do ultra-som para incrementar a eficincia do
tratamento de efluentes txteis. A descolorao obtida foi de 95% aps 1 hora
de tratamento. Um dos corantes utilizados para o estudo foi o C.I. Reactive
Black 5 (RB5), corante que tambm est sendo pesquisado neste projeto.
A utilizao de fungos tambm tm sido pesquisada. O corante C.I.
Reactive Blue 19 (RB19), corante tambm pesquisado neste projeto, foi
submetido a um tratamento com o fungo Myrothecium em condies de pH 7,
temperatura de 28C, na concentrao de 80 mg.L -1 durante 10 dias por Zhang
et al. (2007), onde os autores obtiveram um ndice de descolorao de 90%.
-
30
3 MATERIAIS E MTODOS
Segundo as Referncias de Contedos da Engenharia de Produo da
Associao Brasileira de Engenharia de Produo (ABEPRO) , uma das
subreas de conhecimento tipicamente afetas Engenharia de Produo a
Engenharia da Sustentabilidade. Dentro desta subrea destacam-se o
planejamento da utilizao eficiente dos recursos naturais nos sistemas
produtivos diversos, a destinao e tratamento dos res duos e efluentes destes
sistemas, bem como da implantao de sistema de gesto ambiental e
responsabilidade social.
Esta dissertao teve como princpio um estudo visando a Gesto de
Efluentes e Resduos Industriais e para inicio baseou-se na construo de um
modelo descrito por Edgar e Himmelblau (1989), cujos procedimentos esto
demonstrados na Figura 06, a seguir.
Figura 06. Atividades comuns na elaborao de um modelo,
do princpio a sua aplicao (EDGAR e HIMMELBLAU, 1989) .
-
31
Naturalmente tem-se estes procedimentos no intelecto, contudo uma
esquematizao do mesmo leva a uma reduo do tempo p ara obt-lo, j que
os passos so bem definidos e organizados.
Como definio do problema pode-se citar o descarte de efluentes com
altas concentraes de matria orgnica alm do consumo elevado de
recursos hdricos por parte do setor de beneficiamentos da indstria txtil.
Na fase de desenvolvimento do estudo efetuaram-se vrios experimentos,
sendo os primeiros somente com corantes diludos em gua destilada. Em
seguida, os corantes foram testados em efluentes sintetizados em escala
piloto, oriundos de tingimentos em tonalidades escuras obtidas no Caderno de
Tendncias para o Inverno de 2009 (SENAI, 2008), tonalidades estas que
foram a grande maioria dentre as demais na ltima coleo outono/inverno.
Finalmente, coletaram-se duas amostras de efluente industrial junto a
uma tinturaria de mdio porte situada na Grande So Paulo que, gentilmente,
cedeu a utilizao de suas dependncias para a que fossem realizadas as
coletas. A empresa utiliza corantes reativos do tipo Vinilsulfnico (VS) em 45%
de seus tingimentos, do tipo Monoclorotriazina (MCT) em outros 15%, sendo
lavagens e tingimento de branco o restante de sua produo.
3.1 Materiais
Neste tpico esto descritos os equipamentos e reagent es utilizados na
execuo dos experimentos.
Equipamentos:
- Balana Analtica Gehaka AG 200;
- Reator com duas lmpadas UV (253,7 nm) de 6W cada e agitador
magntico, representado no desenho da Figura 07a e retratado com
detalhes na foto da Figura 07b;
- Espectrofotmetro UV-VIS Datacolor SF-600 Plus;
- Turbostato Obermeier;
- HT Mathis ALT-1;
-
- Cubetas de acrlico com 1,0 cm de caminho tico;
- pHmetro Quimis e;
- Tecido plano de algodo 100%, sarja 2/1, 260 g/m
Figura 07a. Desenho do reator fotoqumico
Cubetas de acrlico com 1,0 cm de caminho tico;
Tecido plano de algodo 100%, sarja 2/1, 260 g/m 2.
enho do reator fotoqumico (valores em mm).
32
-
33
Figura 07b. Foto do reator contendo Termmetro (1); Pipeta
para coleta (2); Lmpadas UV (3); Cooler (4) e Agitado r magntico (5).
Reagentes:
- Soluo tampo Actico/Acetato;
- C.I. Reactive Violet 5 (RV5);
- C.I. Reactive Black 5 (RB5);
- C.I. Reactive Blue 19 (RB19);
- C.I. Reactive Yellow 145 (RY145);
- C.I. Reactive Red 239 (RR239);
- Preto Enxofre RDT;
- Preto Direto NF 1200%;
- Amarelo CL-2R;
- Vermelho CL-5B;
1 2
3
4
5
-
34
- Preto Reativo CL-WN;
- Cloreto de Sdio;
- Carbonato de Sdio;
- Metassilicato de Sdio;
- Dispersante base de nitrobenzeno sulfonado;
- Tensoativo No-inico;
- Perxido de Hidrognio 35%;
- Enzima Catalase;
- `cido Sulfrico 98% e;
- Hidrxido de Sdio 50 B;
- Umectante;
- Redutor a base de glicose e;
- Oxidante a base de Clorito de Sdio.
No foi possvel a descrio do nmero de C.I. de alg uns corantes devido
poltica de sigilo do fabricante.
3.2 Mtodos
Preparo dos efluentes em planta piloto
Com a finalidade de obter um efluente real de tingimento para posterior
tratamento fotoqumico, realizou-se um processo completo de preparao em
tecidos de algodo 100%, alvejados segundo procedimento descrito em
GOMES MELO et al. (2009), cujo se encontra descrito no grfico da Figura 08,
e posterior tingimento efetuado conforme procedimento descrito a seguir,
proposto pelo fabricante dos corantes e disposto no grfico da Figura 09.
-
35
Figura 08. Processo de preparao do substrato.
Os tingimentos foram efetuados respeitando a quantidade de auxiliares
descrita na Tabela 01 e o clculo da quantidade de corantes a ser utilizada foi
efetuado segundo a equao a seguir.
100% x MS
MCorante = (1)
onde: MCorante = massa de corante em g;
MS = massa do substrato em g;
% = porcentagem de corante em relao m assa do substrato.
Tabela 01. Tabela de auxiliares de tingimento. Fonte: Empresa Goldenqumica
Corante (%) at 0,1 de 0,101 a 0,5 de 0,501
a 1,0 de 1,01 a 2,0
de 2,01 a 5,0
acima de 5,0
Eletrlito (g.L -1) 10 10 - 25 20 - 45 45 - 60 60 - 80 80
Carbonato de Sdio (g.L -1) 5,0 5,0 5,0 6,0 7,0 8,0
Hidrxido de Sdio 50B (g.L-1)
- 0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 0,5 - 1,0 1,0 - 2,0 2,0
-
36
Figura 09. Processo de tingimento.
Tratamento Fotoqumico e Anlises dos Efluentes
Os efluentes gerados nos processos de preparao e t ingimento foram
coletados para, em seguida, serem tratados no reator a 296 K, com coletas de
10 cm3 efetuadas em intervalos de 15 minutos e posterior anlise
espectrofotomtrica UV/VIS.
Nas anlises, foram utilizados os espectros de absoro na regio do
visvel, em comprimento de onda de mxima absoro dos corantes, valores
esses usados na determinao da porcentagem de eficincia na descolorao
do efluente. A leitura dos dados foi efetuada no espectrofotmetro Datacolor
SF-600 Plus, utilizando-se cubetas de acrlico de 1,0 cm de caminho tico. A
partir dos dados de absorbncia (Abs) iniciais e finais, o alfa de converso ( a)
foi calculado segundo a equao:
o
fo
Abs) Abs- (Abs
= a (2)
Os valores de Porcentagem de Eficincia (% Eficincia) foram obtidos
multiplicando-se o alfa de converso por cem, conforme equao a seguir.
100 x Eficincia % a= (3)
-
37
Coleta do efluente industrial
Depois de realizados os experimentos de fotodecomposi o dos efluentes
obtidos em escala piloto efetuaram-se duas coletas de efluente real junto a
uma empresa de beneficiamentos txteis, com capacidade de produo mensal
igual a duzentas e vinte toneladas, seis dias por semana, em trs turnos
dirios, sendo que sessenta por cento de sua produo consiste em processos
de tingimento. Consome, em mdia, 26 litros de gua por quilo de substrato
tinto e utiliza Cloreto, Carbonato, Hidrxido e Sulfato de Sdio como auxiliares
de tingimento; Perxido de Hidrognio, Tensoativos Aninico s e Silicatos como
auxiliares para preparao dos substratos.
As coletas foram necessrias para testar a eficincia do processo
fotoqumico quando aplicado em efluente real e, para tal, aplicou-se um
planejamento fatorial, variando-se trs fatores quantidade de perxido de
hidrognio, diluio do efluente e pH em dois nveis cada . Os dados relativos
ao planejamento encontram-se dispostos na Tabela 02.
Esta metodologia de modelagem amplamente empregada em pesquisas
nas reas de processos de separao, em reaes de sntese e
decomposio, na determinao da influncia de fatores s obre as propriedades
fsicas ou qumicas de materiais, em mtodos analticos, no desenvolvimento
de novos materiais, etc., com intuito de obter uma resposta mais ampla e
segura atravs da anlise de dados coletados no campo, na indstria, no
laboratrio, enfim, nos diversos setores de pesquisa, s ejam eles pblicos ou
privados. Assim, os pesquisadores conseguem avaliar a influncia de diversos
fatores sobre uma ou mais respostas, podendo a partir do modelo otimizado
fazer melhoria nos diversos processos, com uma justificativa firme e sensata
(BARROS NETO, SCARMINIO e BRUNS, 1995).
Em processos industriais ainda em fase de desenvolvimento, o normal
que seja feita a otimizao destes, fazendo testes e aju stes em uma planta
piloto. A partir desta, passa-se produo propriamen te dita, em escala
ampliada. Contudo, surgem problemas devido variao de escala. O efeito
dos fatores como a agitao, transferncia de massa, eficincia do
equipamento, etc., varia com o tamanho do equipamento. Alm destes, existem
os problemas corriqueiros do dia-a-dia da indstria como falta de controle,
-
38
defeitos e troca de peas do equipamento e variao n a matria prima, dentre
outros, o que leva a necessidade de ajustes finais no modelo (BARROS NETO,
SCARMINIO e BRUNS, 1995 e 2001).
Tabela 02. Planejamento 23 para otimizao do
processo de fotodegradao do efluente real.
Ensaio x1 pH x 2 [H2O2] x 3 Fator de Diluio
1 - 7 - 1,75 x 10-1 - 0x
2 + 11 - 1,75 x 10-1 - 0x
3 - 7 + 1,75 x 10-2 - 0x
4 + 11 + 1,75 x 10-2 - 0x
5 - 7 - 1,75 x 10-1 + 10x
6 + 11 - 1,75 x 10-1 + 10x
7 - 7 + 1,75 x 10-2 + 10x
8 + 11 + 1,75 x 10-2 + 10x
9 0 9 0 9,63 x 10-2 0 5x
10 0 9 0 9,63 x 10-2 0 5x
11 0 9 0 9,63 x 10-2 0 5x
Na Tabela 03 encontram-se os dados relativos s coletas efetuadas junto
tinturaria industrial. No ato das coletas foram anotado s dia, hora,
temperatura, pH e aspecto relativo a cor.
Tabela 03. Dados sobre a coleta das amostras de efluente.
Coleta Dia Hora pH C Colorao
1 26/3/2010 15:32 11 30 Castanho
2 27/4/2010 13:50 9 42 Vermelho
-
39
4 RESULTADOS E DISCUSSO
4.1 Estudos Preliminares
Nesta seo sero expostos os experimentos efetuados preliminarmente,
com efluentes sintticos e tambm com corante diludo em gua deionizada.
4.1.1 C.I.RB19 - Reativo do tipo VS de Grupo Cromf oro Antraquinnico
O objetivo deste estudo foi verificar a influncia do pH na fotodegradao
de grupos cromforos antraquinnicos em corantes reat ivos do tipo VS
contidos em efluentes txteis, nas faixas de pH 7, 9 e 11, sob irradiao de
ondas ultravioleta em presena de 2,0 mL.L -1 de Perxido de Hidrognio 50%
(H2O2). Os efluentes foram diludos em dez vezes para posterior submisso ao
tratamento, onde foi constatada a reduo da colora o em 90,70% para pH 7,
93,04% para pH 9 e 92,11% para pH 11, nveis de absorbncia bem prximos
ao da gua de reuso utilizada na Escola SENAI Francisco Matarazzo,
podendo o efluente ser reutilizado em 95% dos processos de beneficiamentos
txteis.
Durante o ensaio inicial na faixa de pH 7,0 percebeu-se uma grande
resistncia na decomposio fotoqumica do corante. A converso ficou em
apenas 10%, com o efluente praticamente sem descolora o, conforme grfico
ilustrado na Figura 10.
Figura 10. Resultado da fotodecomposio do efluente bruto em 7 0 min
-
40
A partir desse resultado, tinham-se duas opes. Trata r os efluentes por
mais tempo ou seguir por uma linha de raciocnio adotada por TEIXEIRA et al.
(2008), onde o efluente estudado pelos autores foi diludo em 30 vezes.
Optou-se ento por adotar os dois mtodos, porm, com diluio somente
em 10 vezes. O efluente sem diluio foi tratado na faixa de pH 7,0 pelo fato da
maioria dos processos txteis serem efetuados nessa faixa. O efluente diludo,
em 10 vezes, tambm foi tratado em pH 7,0 durante 90 min. Ambos os ensaios
apresentaram resultados satisfatrios, respectivamente , nos grficos das
Figuras 11 e 12, a seguir.
Figura 11 . Grfico de fotodecomposio do
efluente bruto em 200 min, sob pH 7.
A converso apresentada nesse ensaio foi de 0,96 o qu e representa uma
eficincia de 96%, com exposio do efluente bruto em pH 7 durante 200 min.
min
-
41
Figura 12 . Grfico de fotodecomposio do
efluente diludo 10 vezes, em 90 min e pH 7.
A converso apresentada nesse ensaio foi de 0,91 o qu e representa uma
eficincia de 91% com exposio do efluente diludo em 10 vezes, sob pH 7
durante 90 min.
Baseado nos resultados obtidos, foram efetuados os ensaios com pH 9 e
11 tratados durante 90 min, ambos diludos em 10 vezes. Assim como no
ensaio efetuado em pH 7 os resultados obtidos nesses dois ltimos ensaios
foram satisfatrios, com eficincia de 93% para pH 9 e 92% para pH 11. Na
Figura 13, grfico de fotodecomposio com dados relativos aos dois ensaios.
-
42
Figura 13 . Grfico de fotodecomposio do
efluente diludo 10 vezes, em 90 min, pH 9,0 e 11,0.
As converses e as porcentagens de eficincia de todos os ensaios
efetuados esto dispostos na Tabela 04 a seguir.
Tabela 04 . Dados da converso obtida nos ensaios.
DADOS pH 7 - 90 min Efluente Bruto
pH 7 - 200 min Efluente Bruto
pH 7 - 90 min Diludo 10 vezes
pH 9 - 90 min Diludo 10 vezes
pH11 - 90 min Diludo 10 vezes
Abso 0,7615 0,6868 0,0839 0,0848 0,0837
Absf 0,6868 0,0219 0,0078 0,0059 0,0066
a 0,10 0,97 0,91 0,93 0,92
% Eficincia 9,81 96,81 90,70 93,04 92,11
-
43
4.1.2. C.I.RV5 - Reativo do tipo VS de Grupo Cromfor o Azo
Neste estudo foi verificado o comportamento da cintica de
fotodegradao do corante C.I. Reactive Violet 5 (RV5), de grupo cromforo
Azo e grupo reativo do tipo VS, quando em soluo feit a com gua deionizada
e presente em efluente txtil, atravs de processo de oxidao avanada via
UV/H2O2. O efluente sinttico foi obtido atravs de processo de alvejamento e
posterior tingimento. Atravs da diferena nas leituras de absorbncia do
banho inicial e final, estimou-se uma concentrao para p reparo da soluo de
mesma concentrao em gua deionizada. Alquotas de 1,0 L das amostras de
gua e efluente foram tratadas em um reator a 296 K, com 2,0 mL.L-1 de H2O2
50%, pH 7,0 e em presena de radiao ultravioleta at converso mxima
admissvel. Apesar das converses de 99% para o cora nte em gua
deionizada contra 97% para o efluente, ambas com total descolorao, a
soluo do corante em gua deionizada levou apenas 60 min com constante de
velocidade cintica k = 5,65 x 10-2 min-1 contra 170 min do corante contido em
efluente, com constante de velocidade cintica k = 1,84 x 10-2 min-1.
Realizou-se uma modelagem cintica para determinao da ordem das
reaes de fotodegradao e uma comparao do compo rtamento da
fotodegradao do corante quando dissolvido em gua deionizada versus o
mesmo contido em efluente real.
Modelos Cinticos
Os smbolos utilizados nos modelos foram [RV5] para concentrao de
RV5, sendo [RV5]o para a concentrao inicial, [RV5] f para a concentrao
final, [RV5]Calc para a concentrao inicial calculada a partir das equa es,
[RV5]Real para a concentrao inicial real, em mol.L -1, e a [RV5] para a
converses obtidas no reator.
-
44
Para verificao da ordem de reao foram utilizadas as equaes
descritas a seguir.
a) Ordem 0
[ ] 1-1- mol.L.min onde RV5 =-= kkdt
d
Integrando
=-=f
o o
[RV5]
[RV5]
t
to - [RV5] [RV5] [RV5] ktdtktd (4)
b) Ordem 1
1-min onde [RV5] [RV5]
=-= kkdt
d
Integrando
ktektkdtd -+=-=-= [RV5] [RV5] ln[RV5]. ln[RV5] [RV5]
[RV5]o
[RV5]
[RV5]
f
o
(5)
c) Ordem 2
1-1-1-2 .L.molmin onde [RV5] [RV5]
=-= kktdt
d
Integrando
ktdtkd
-=-= o
t
t
[RV5]
[RV5]2 [RV5]
1
[RV5]1
[RV5]
[RV5]
o
f
o
(6)
Para as converses obtidas para efluente e corante dilu do em gua:
o
fo
[RV5][RV5] - [RV5]
= a (7)
Para clculo do erro experimental:
Real
RealCalc[RV5] [RV5]
[RV5] - [RV5]
o=e (8)
-
45
Cintica das Reaes de Fotocatlise
Corante em gua deionizada
Ao aplicar-se o mtodo dos mnimos quadrados, correlacionando a matriz
da concentrao de corante em funo do tempo obtev e-se o maior valor de R2
na correlao entre tempo (t) e ln da concentrao (ln [RV5]), o que indica uma
reao de primeira ordem.
Tabela 05 . Resultado da matriz de correlao
concentrao x tempo para o corante diludo em gua.
t (min) [RV5] (mol.L-1) ln [RV5] 1/[RV5]
0 1,92 X 10-4 -8,5569 5,20 x 103
10 1,10 x 10-4 -9,1110 9,05 x 103
20 5,93 x 10-5 -9,7332 1,69 x 103
30 3,42 x 10-5 -10,2832 2,92 x 104
40 1,98 x 10-5 -10,8316 5,06 x 104
50 8,13 x 10-6 -11,7204 1,23 x 105
60 8,06 x 10-6 -11,7282 1,24 x 105
R2 0,82 0,98 0,85
De posse dos dados e atravs dos clculos efetuados a partir das
equaes, pde-se comprovar a reao como sendo de ordem 1, conforme
Tabela 06 a seguir.
Tabela 06 . Resultados dos clculos da cintica referente ao corante diludo em
gua.
Ordem [RV5]Calc e k R2 0 1,00 x 10-4 0,438 3,00 x 10-6 0,82
1 1,73 x 10-4 0,028 5,65 x 10-2 0,98
2 6,13 x 10-5 0,655 -2,38 x 103 0,85
-
46
Na Figura 14, o grfico da cintica de degradao fotoqumica do corante
diludo em gua. A velocidade mdia ficou em 2,84 x 10-6 mol.L-1.min-1 para
uma converso de a [RV5] = 0,99.
A equao da reao foi de [RV5] = 0,0003e -0,565.t, com R2 = 0,98.
Figura 14 . Grfico da decomposio fotoqumica do corante diludo em gua.
Corante no efluente
O mesmo mtodo foi aplicado para correlacionar a matriz da
concentrao de corante no efluente em funo do tem po, com R2 apontando
tambm para uma reao de primeira ordem, conforme da dos dispostos na
Tabela 07.
Temos que levar em considerao que, alm do corante, o efluente
contm outros compostos tais como dispersantes, cloreto de sdio, carbonato
de sdio, tensoativos, enzimas, silicato de sdio e hidrxid o de sdio, alm de
subprodutos de reaes de neutralizao, como sulfato e acetato de sdio, que
podem interferir na ao dos radicais livres e na fotodeg radao da colorao.
-
47
Tabela 07 . Matriz de correlao concentrao x tempo
para o corante contido em efluente.
t (min) [RV5] (mol.L-1) ln [RV5] 1/[RV5]
0 0,000178 -8,6340 5620,00
10 0,000147 -8,8232 6790,00
20 0,000123 -9,0070 8160,00
30 0,000099 -9,2166 10100,00
40 0,000081 -9,4261 12400,00
50 0,000066 -9,6226 15100,00
60 0,000053 -9,8372 18700,00
70 0,000043 -10,0510 23200,00
80 0,000034 -10,2944 29600,00
90 0,000026 -10,5643 38700,00
100 0,000021 -10,7824 48200,00
110 0,000017 -10,9767 58500,00
120 0,000015 -11,1414 69000,00
130 0,000013 -11,2387 76000,00
140 0,000012 -11,3416 84300,00
150 0,000011 -11,4047 89700,00
160 0,000010 -11,4733 96100,00
170 0,000010 -11,5334 102000,00
R2 0,82 0,98 0,95
importante frisar que a maior quantidade de corante p resente no
efluente no do corante em sua forma original, por causa da reao do
corante com a gua. SHORE (2002) descreve que essa reao forma
compostos etlicos ou etreos, sendo estes ltimos em maior quantidade em
cerca de 10% da massa inicial, propondo a formao dess es dois possveis
compostos demonstrados na Figura 15.
-
48
Figura 15 . Representao do lcool (1) e
do ter (2) oriundos da reao corante-gua
Os clculos efetuados atravs das equaes apontaram tambm para
uma reao de ordem 1. Os dados esto dispostos na Tabela 08.
Tabela 08 . Resultados dos clculos da
cintica referente ao corante contido em efluente.
Ordem [RV5]Calc e k R2
0 1,00 x 10-4 0,438 9,00 x 10-6 0,81
1 1,73 x 10-4 0,028 1,84 x 10-2 0,98
2 6,13 x 10-5 0,655 6,28 x 102 0,95
O
O
NH H
NH
SO3-
SO2CH2CH+ + H2O
NaOH
O
O
NH H
NH
SO3-
OH
(1)
(2)
O
O
NH H
NH
SO3-
SO2CH2CH+ +
O
O
H
O3-S
NO-
H
NH
NaOH
O
O
H
O3-S
NOH
NH
O
O
NH H
NH
SO3-
-
49
Apesar de total descolorao obtida, com a [RV5] = 0,97 muito prximo do
valor obtido no corante diludo em gua e da velocidade mdia de reao igual
a 9,89 x 10-7 mol.L-1.min-1, o tempo de permanncia no reator foi bem maior,
com equao de cintica igual a 1,62 x 10 -4e-0,0184.t. Isto pode ser observado
atravs da Figura 16 a seguir.
Figura 16 . Grfico da decomposio
fotoqumica do corante contido em efluente
Na Figura 17, foto do efluente antes do tratamento, do corante dissolvido
em gua aps tratamento, do efluente aps tratamento e da gua de
abastecimento da Escola SENAI Francisco Matarazzo.
Figura 17 . Efluente (A), corante diludo em gua aps tratamento (B),
efluente aps tratamento (C) e gua de reabastecimento (D).
0,000000
0,000030
0,000060
0,000090
0,000120
0,000150
0,000180
0,000210
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
(A) (B) (C) (D)
min
Abs
-
50
A Figura 18 contm as duas curvas da cintica de decomposio,
juntamente com os respectivos valores de converso. Ap esar de valores muito
prximos, o tempo de residncia do efluente no reator foi bem maior. Na
Tabela 09, valores de converso, porcentagem de eficincia, velocidade mdia
e equao da cintica dos dois ensaios.
Figura 18 . Comparao entre os dois experimentos.
Tabela 09 . Tabela com os valores relativos aos dois experimentos.
DADOS a %
Eficincia k (min-1) t (min)
Corante em gua 0,99 99 5,65 x 10-2 60
Corante no efluente 0,97 97 1,84 x 10-2 170
0,000000
0,000030
0,000060
0,000090
0,000120
0,000150
0,000180
0,000210
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170
Corante diludo em gua Corante contido em efluente
min
Abs
-
51
4.1.3. C.I.RB5 - Reativo do tipo Bis-VS de Grupo Crom foro Azo
Este estudo foi realizado com o intuito de verificar a possibilidade de
reutilizao de efluente oriundo de um tingimento efetuad o com o corante C.I.
Reactive Black 5. O efluente ps-tingimento foi tratado em um reator a 296 K,
com 1,0 mL.L-1 de H2O2 50%, nas faixas de pH 7, 9 e 11, em presena de
radiao UV, somente com radiao UV e tambm somente com mesma
quantia de H2O2. Aps o tratamento, somente os trs primeiros efluentes foram
utilizados para tingimento da cor TP 181346, em compara o com tingimento
efetuado com gua de reabastecimento. Os resultados indicaram que o
efluente pode ser reutilizvel.
Com base nos dados obtidos pelas medies fotomtricas das amostras
para os trs sistemas analisados em pH 7, 9 e 11, chegou-se aos resultados de
converso do processo de tratamento fotoqumico do efluente. Experimentos
efetuados somente em presena de radiao UV ou H 2O2 no surtiram efeito
significativo sobre as alquotas. A Tabela 10 apresenta todos os resultados
obtidos.
Tabela 10 . Resultados dos tratamentos fotoqumicos nas trs faixas de pH.
Dados pH 7 pH 9 pH 11 UV H2O2
Abso 0,5544 0,5625 0,5588 0,5412 0,5419
Absf 0,0071 0,0072 0,0278 0,5389 0,5347
a 0,99 0,99 0,95 0,0043 0,0135
% Eficincia 98,72 98,72 95,03 0,43 1,35
Pelos resultados obtidos na converso do processo de f otodegradao do
corante na faixa de absorbncia mxima em 580 nm, no se nota efeito do pH
sobre os valores de eficincia. Como o objetivo do ensaio foi o de obter gua
de reuso para utilizao em novos processos e aliado ao fato do pH 7 ser
utilizado como pH inicial em todos os processos de beneficiamentos, fica
comprovado que o melhor tratamento foi obtido na faixa de pH 7. Na Figura
19, este fato visto quando os trs efluentes tratados so comparados com o
efluente bruto.
-
52
Figura 19. Efluente bruto x efluentes tratados.
Na Figura 20, o grfico de decomposio fotoqumica comparativo nas
faixas de pH 7, 9 e 11, somente UV e somente Perxido .
Figura 20. Fotodecomposio em pH 7, 9 e 11.
Reuso da `gua
A cor TP 181346, do Caderno Inspiraes e Tendncias para Design de
Moda (SENAI, 2008), foi selecionada para ser desenvolv ida em quatro
tingimentos. Em um deles foi utilizado gua de reabastecimento e, nos outros
trs, os efluentes tratados. O processo de preparao do substrato est
descrito em Gomes Melo et al. (2009) e o de tingimento em Rosa (2008). Os
desvios foram obtidos atravs da Equao de Adams-Nick erson (09) descrita
em Lozano (1978).
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
pH 7,0 pH 9,0 pH 11,0 Perxido UV
pH 11 pH 9 pH 7
min
Abs
-
53
222 b)( a)( L)( E D+D+D=D (09)
Onde:
DE = desvio total da cor;
DL = desvio no eixo L;
Da = desvio no eixo a e;
Db = desvio no eixo b.
Os eixos L, a e b fazem parte do Sistema CIELab , definidos pela
International Comission of Illumination (CIE) como sendo o eixo L para a
Luminosidade, o eixo a para variaes de tonalidade ent re o Verde e o
Vermelho, e o eixo b, para variaes de tonalidade ent re o Amarelo e o Azul.
O grfico CIELab est demonstrado na Figura 21, em 3D (todos os eixos
juntos) e tambm em 2D (separados os eixos L e a/b).
Figura 21 . Sistema CIELab (Traduzido e
adptado pelo autor do original de ZOLLINGER, 1991)
Os resultados para os desvios dos tingimentos efetuados com as
amostras de efluentes tratado esto descritos abaixo. Quanto mais prximos de
zero estiverem os valores (Padro = 0), menor a difere na de cor entre eles e o
padro que, neste caso, o tingimento realizado com gua.
Desvios: DE pH 7 = 0,16; DE pH 9 = 0,51 e DE pH 11 = 0,68
-
54
4.2 Efluente Real
Aps a realizao dos ensaios definidos no planejamento f atorial os
resultados foram analisados para plotagem e anlise de suas superfcies de
respostas e para Anlise de Varincia dos Modelos (ANOVA).
Nas Tabelas 11 e 12, os dados relativos s anlises dos dois efluentes.
Nas Figuras 22, 23 e 24, as superfcies de respostas dispostas de forma
comparativa entre a primeira e a segunda coleta. Na Tabela 13, as converses
obtidas a partir dos ensaios das duas coletas.
Tabela 11 . Anlise de varincia do modelo para o efluente castanho.
Fonte de Variao Soma Quadrtica
Graus de Liberdade
Mdia Quadrti
ca Teste F
Regresso 3312 5 662,4
Resduos 372,375 5 74,475 8,894
Falta de Ajuste -290,025 3 -96,675
Erro Puro 662,4 2 331,2 -0,292
Total 3312 10
% de varincia explicada = 100
% de mxima varincia explicvel = 80
Tabela 12 . Anlise de varincia do modelo para o efluente vermelho.
Fonte de Variao Soma Quadrtica Graus de Liberdade
Mdia Quadrtica Teste F
Regresso 6514,182 5 1302,836
Resduos 918 5 183,6 7,096
Falta de Ajuste -384,836 3 -128,279
Erro Puro 1302,836 2 651,418 -0,197
Total 6514,182 10
% de varincia explicada = 100
% de mxima varincia explicvel = 80
-
55
Figura 22. Diluio e [H 2O2], (A) Efluente Castanho e (B) Efluente Vermelho.
(A)
(B)
-
56
Figura 23. Diluio e pH, (A) Efluente Castanho e (B) Efluente Ver melho.
(A)
(B)
-
57
Figura 24. [H2O2] e pH, (A) Efluente Castanho e (B) Efluente Vermelho.
(A)
(B)
-
58
Tabela 13 . Converses obtidas no planejamento fatorial dos dois ef luentes.
Ensaio pH Conc. H2O2 Diluio a Cast. % Efic.Cast. a Verm. % Efic.Verm.
1 7 1,75 x 10-2 0x 0,98 98,00 0,86 86,00
2 11 1,75 x 10-1 0x 0,69 69,00 0,4 40,00
3 7 1,75 x 10-2 0x 0,49 49,00 0,53 53,00
4 11 1,75 x 10-1 0x 0,56 56,00 0,35 35,00
5 7 1,75 x 10-2 10x 0,92 92,00 0,96 96,00
6 11 1,75 x 10-1 10x 0,93 93,00 0,72 72,00
7 7 1,75 x 10-2 10x 0,96 96,00 0,99 99,00
8 11 1,75 x 10-1 10x 0,88 88,00 0,99 99,00
9 9 9,63 x 10-2 5x 0,98 98,00 0,99 99,00
10 9 9,63 x 10-2 5x 0,98 98,00 0,99 99,00
11 9 9,63 x 10-2 5x 0,98 98,00 0,99 99,00
4.3 Aplicao do processo otimizado
Nesta etapa, aplicou-se o tratamento de fotocatlise com parmetros
ideais obtidos junto ao planejamento fatorial efetuado com o efluente industrial,
tendo como objetivo verificar a possibilidade de reuso contnuo de efluente
txtil em novos processos de tingimento.
Foram efetuados cinco processos consecutivos sendo quatro tingimentos
em cores escuras com corantes reativos e um tingimento de branco, utilizando-
se o mesmo banho aps tratamento com POA via UV/H 2O2, cuja eficcia foi
maior do que 85% em todos os casos, permitindo total reutilizao. Ao
comparar os tingimentos feitos com efluente tratado contra tingimentos feitos
com gua comum de reabastecimento, o maior desvio total apresentado foi DE
= 1,10.
Os tecidos foram preparados e tintos segundo instru es dispostas nos
grficos das Figuras 25 e 26. Foram cinco tingimentos no total, sendo os
tingimentos A, B, C e D com corantes reativos e o E, branco ptico. Todos os
dados encontram-se dispostos na Tabela 14.
-
59
Figura 25 . Grfico da preparao para os Tingimentos
A, B, C e D (a) e grfico do Tingimento E (b).
Figura 26 . Grfico do tingimento e tratamento
posterior dos tingimentos A, B, C e D.
(b) (a)
-
60
Todos os processos tiveram seus efluentes coletados desde a
preparao, foram diludos em cinco vezes e tiveram pH acertado para 7,0. O
primeiro deles (Tingimento A), foi diludo com gua normal de reabastecimento
e os demais (Tingimentos B, C, D e E) foram efetuados e diludos com o
efluente j tratado do primeiro processo.
O tratamento foi realizado em pH 7, adicionando-se 2,0 mL.L-1 de
Perxido de Hidrognio 35% (m/m), com posterior exposi o a ondas at
converso total. Foram realizadas coletas com intervalo d e quinze minutos
cada para posterior avaliao da Absorbncia (Abs) por espectrofotometria
UV/VIS, em cubetas de acrlico com 1,0 cm de caminho ptico.
Tabela 14 . Receitas e ordem de tingimento.
TINGIMENTO A B C D E
PANTONE TP 194025 TP 183828 TP 181230 TP 190303 Bra nco
C.I. RY145 (%) - - 1,3650 - -
C.I. RR239 (%) - - 0,6620 - -
C.I. RB222 (%) - - 0,2430 - -
C.I. RV5 (%) - 2,0000 - - -
C.I. RB5 (%) 2,5000 - - - -
Preto Base RB5 (%) - - - 5,0000 -
Branco ptico (%) - - - - 0,8000
A relao de banho utilizada nos processos de prepara o e tingimento
de todas as amostras, na obteno dos valores para o clculo do gasto de
gua e tambm para a projeo de gasto mensal foi de 1:10.
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O resultado da fotocatlise atravs do tratamento fotoqumico est
demonstrado na Figura 27, onde se observa os experimentos efetuados nos
efluentes dos tingimentos A, B, C e D.
Figura 27. Decomposio fotoqumica dos
efluentes relativos aos Tingimento A, B, C e D.
Os dados relativos ao alfa de converso e a porcentag em de eficincia
obtidos nos processos de fotocatlise esto demonstrados na Tabela 15, a
seguir.
Tabela 15 . Dados sobre a fotocatlise dos efluentes.
Tingimento Abs o Abs f aaaa % Eficincia
A 0,7495 0,0072 0,99 99,04
B 0,3659 0,0095 0,97 97,40
C 0,2186 0,0325 0,85 85,13
D 0,6656 0,0372 0,94 94,41
0,0000
0,1000
0,2000
0,3000
0,4000
0,5000
0,6000
0,7000
0,8000
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 min
Tingimento A Tingimento B Tingimento C Tingimento DAbs
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As figuras a seguir mostram as varreduras espectrofotomtricas dos
tratamentos fotoqumicos esto dispostos nas Figuras 2 8, 29, 30 e 31, a seguir.
Figura 28. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimen to A.
Figura 29. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimen to B.
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Figura 30. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimen to C.
Figura 31. Decomposio fotoqumica do efluente relativo ao Tingimen to D.
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Os resultados dos tingimentos efetuados com efluente tratado
comparados com tingimentos efetuados com gua normal de reabastecimento
esto demonstrados nas Figuras 32, 33, 34, 35, e 36. Em todos os grficos, a
linha contnua representa o tingimento feito com gua de reabastecimento e a
linha com pontos, os tingimentos efetuados com efluente tratado.
Figura 32. Dados relativos ao Tingimento A,
efluente tratado e gua de reabastecimento.
Figura 33. Dados relativos ao Tingimento B,
efluente tratado e gua de reabastecimento.
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Figura 34. Dados relativos ao Tingimento C,
efluente tratado e gua de reabastecimento.
Figura 35. Dados relativos ao Tingimento D,
efluente tratado e gua de reabastecimento.
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Figura 36 . Dados relativos ao Tingimento E,
efluente tratado e gua de reabastecimento.
Os tingimentos foram comparados atravs de avaliao es pectrofoto-
mtrica UV/Vis. Os desvios parciais e totais relativos aos tingimentos esto
dispostos na Tabela 16, a seguir.
Tabela 16. Desvios parciais e totais referentes aos Tingimentos A, B, C, D e E.
Desvios Tingimentos
A B C D E
DL* -1,05 0,13 -0,01 -0,07 -0,24
Da* 0,15 -0,10 -0,68 0,03 -0,06
Db* 0,30 0,16 0,26 0,01 -0,34
DE* 1,10 0,23 0,73 0,08 0,26
Na Tabela 17, valores de eficincia de descolorao de seis estudos
sobre corantes, juntamente com valores obtidos em experimentos realizados
nesta dissertao. Apesar de valores considerados satis fatrios, observa-se
que todos os seis estudos foram baseados em corantes contidos em solues
aquosas, diferente dos experimentos da dissertao que , em sua maioria, so
sobre corantes contidos em efluentes.
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Tabela 17 . Comparao entre processos.
Autores Corante Tratamento % Remoo Fonte Ano
Araujo e Yokoyama Reativo TCP em gua destilada UV/H2O2 98,00 Dyes and Pigments 2005
Kaluzna-Czaplinska, Gutowska e Jzwiak
C.I. Acid Brown 349 em gua desmineralizada Fe
2+/H2O2 70,00 Dyes and Pigments 2010
Souza e Peralta-Zamora
MCT e VS em gua destilada Fe
o metlico 99,00 Eng. Sanit. Ambiental 2005
Vianna, Trres e Azevedo
Acid Blue 9, Red 18 e Yellow 23 em gua destilada
TiO2/H2O2/UV 98,00 Qumica
Nova 2008
Lucas e Peres VS em gua deionizada Fe2+/UV 98,00 Dyes and Pigments 2009
Wang Acid Black 1 em gua deionizada Fe2+/H2O2 98,00
Dyes and Pigments 2008
Liu et al. C. I. Acid Yellow 17 em gua destilada UV/TiO2 70,60
Dyes and Pigments 2006
Amorim, Leo e Moreira
C.I. RR195, VS em gua destilada
UV/H2O2 99,00 Eng. Sanit. Ambiental
2009
Rosa, J.M.
C.I. RB19, VS em efluente
UV/H2O2
> 90,00
Dissertao 2010
C.I. RV5, VS em efluente 97,00
C.I. RB5, VS em efluente > 95,00
Efluente Real - Amostra 01 > 98,00
Efluente Real - Amostra 02 > 97,00
Quatro efluentes com reuso contnuo > 85,00
4.4 Custos ecolgicos no processo de reuso de gu a na indstria
txtil
Fresner e Engelhardt (2004) apontam que a base para a compreenso
das abordagens para o desenvolvimento sustentvel pode ser estabelecida por
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traduzir o desenvolvimento em pequenos passos relevantes para as condies
reais das empresas e estas medidas so a aplicao de m todos de produo
mais limpa seguido de um sistema integrado de gesto, ot imizao da
cadeia de abastecimento e conseqentemente as relaes dos produtos,
procedimento que constitui uma forma eficaz de comear a compreender o
desenvolvimento sustentvel e suas estratgias nas empresas.
Jimenez (2006) destaca que a Contabilidade de Custos Ecolgicos
Completos (CCEC) foi proposta como um meio para permitir a apresentao de
relatrios sobre a contribuio das empresas para a su stentabilidade atravs
da integrao dos custos internos e externos.
Aps o tratamento dos efluentes pretende-se o reuso da gua no
processo, ou seja, a empresa deixaria de captar gua e evitaria a produo de
efluente altamente poluidor, reduzindo desta forma o seu custo financeiro,
ecolgico e suas externalidades negativas. Para Burritt e Saka (2006), a
contabilidade voltada para gesto ambiental ferramenta relativamente nova,
concebida para rastrear e monitorar os fluxos dos custos ambientais e fsicos.
Os autores destacam que a gesto contbil ambiental a gesto de
desempenho ambiental e econmico atravs do desenvolvimento e aplicao
de medidas relacionadas com o ambiente e sistemas de prticas contbeis.
Com o tratamento o efluente passaria a seguir um fluxo contnuo, de
forma a retornar ao processo para reuso, no ocorre ndo necessidade de
captao externa nem de descarte do efluente, ou seja , os nveis de poluio e
contaminao ao meio ambiente seriam zero. A partir dest e ponto a indstria
tornar-se-ia plenamente sustentvel sob o ponto de vista ecolgico.
Ao projetar-se o consumo de uma tinturaria de algodo, com capacidade
de produo mensal igual a cem toneladas subdivididas em lotes de duzentos
quilos, a economia de recursos hdricos seria em torno de 7.912 m3 mensais
quando comparada a uma tinturaria convencional, conforme dados dispostos
na Tabela 18.
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Tabela 18 . Projeo de consumo mensal.
Tinturaria com produo mensal = 100 ton mensais, em l otes de 200 kg cada
Convencional m3/lote lotes/ms CONSUMO (m3)
16 500 8000
Com reuso m3/1 lote Diluio Soma 1 lote + diluio + 10% de perda por evaporao
16 64 88
ECONOMIA MENSAL 7912
A economia mensal seria em torno de R$ 161.088,30 de acordo com
tarifas de consumo da SABESP, cujas se encontram descritas na Tabela 19.
Tabela 19 . Tarifas dos servios de fornecimento de gua e coleta de esgoto
Classe de Consumo Industrial (m 3/ms) Tarifas de gua (R$)
Tarifas de esgoto (R$)
de 0 a 10 26,21/ms 26,21/ms
de 11 a 20 5,09/m3 5,09/m3
de 21 a 50 9,78/m3 9,78/m3
acima de 50 10,18/m3 10,18/m3
Fonte: SABESP-2009
Alm da economia na dimenso financeira, h tambm economia
significativa nas dimenses ecolgicas e sociais. Com redu o a zero das
externalidades negativas, a empresa passa de poluente a sustentvel,
minimizando seus impactos ambientais, pois no haveria cap tao de gua
nem descarte de efluente poluidor.
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5 CONCLUSO
Baseando-se nos resultados obtidos nos experimentos, pode-se concluir
que o tratamento estudado passvel de aplicao. Em todas as variaes
possveis foram obtidos valores de descolorao acima de 85%, permitindo
total reutilizao do efluente tratado. Para o tratament o do RB19, foram
necessrias 5:30 h para uma decomposio satisfatria no efluente bruto ou
ento trabalhar com diluio do efluente para posterior t ratamento. Os
resultados mostraram que, para o efluente diludo, em qualquer pH utilizado no
tratamento fotoqumico, a eficincia da decomposio do corante na faixa de
l mx= 600, via fotocatlise com H2O2 na presena de luz UV foi acima de 90%,
demonstrando que o pH no interfere nessa faixa.
Ficou demonstrado tambm que o corante RV5 possui comportamento
totalmente diferente quando diludo em gua destilada e presente em efluente
aps processo de tingimento. Apesar dos experimentos apresentarem total
descolorao, com eficincia de 97% para o corante em gua e 94% para o
corante em efluente, o tempo de residncia no reator fotoqumico para o
coran