Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Projeto FEUP 2013

Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente

Equipa MIEA102/B:

Supervisor: José de Melo Órfão Monitora: Ana Catarina Silva

Estudantes & Autores:

Álvaro Campos João Ribeiro

Carmen Mila Patrícia Reis

Cátia Brandão Sofia Teixeira

Filipa Miranda

1 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Agradecimentos

Agradecemos à Engenheira Carla Fonseca presente no laboratório, pelos

conhecimentos transmitidos, também às monitoras Isabel Sofia Lourenço e Ana

Catarina Silva pela ajuda, acompanhamento e pelo tempo dispensado para que

tudo seguisse os parâmetros corretos.

Por fim, agradecemos ao Professor Doutor José de Melo Órfão, pelas

explicações feitas, tempo dedicado a este projeto e por ter disponibilizado o

laboratório para que a realização do trabalho prático fosse possível.

2 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Sumário

Este relatório foi realizado no âmbito da Unidade Curricular (do primeiro

semestre do primeiro ano) Projeto FEUP.

Com este trabalho, pretende-se reconhecer a importância da ozonização

no tratamento de águas e águas residuais, entrar em contacto com laboratórios

de ensino e investigação, bem como novas técnicas laboratoriais e novos

equipamentos. Especificamente relacionado com a ozonização, intentou-se

avaliar o efeito do pH na eficiência do processo supra citado, aumentando o pH

da solução mãe de 5.8 para 11.0. A reação usado como exemplo foi a

degradação de um corante reativo - CI Reactive Blue 5.

Para estudar o efeito do pH na eficiência do processo foram estudados

valores de ambas as soluções durante o processo, tais como carbono orgânico

total, absorvância e concentração através da construção de uma reta de

calibração feita com dados previamente recolhidos.

Após de tomados em conta todos os dados obtidos, concluiu-se que o

pH otimiza subtilmente o processo de tratamento de efluentes estudado.

3 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Índice

Agradecimentos ................................................................................................. 1

Sumário .............................................................................................................. 2

Lista de figuras e tabelas ................................................................................... 4

Figuras ............................................................................................................ 4

Tabelas ........................................................................................................... 4

Introdução .......................................................................................................... 5

Enquadramento teórico ...................................................................................... 6

O que é um efluente? ..................................................................................... 6

O que é a ozonização? ................................................................................... 6

Corante Reactive Blue 5 ................................................................................. 7

Método Experimental ......................................................................................... 8

Reagentes e materiais .................................................................................... 8

Procedimento experimental ............................................................................ 8

Resultado e discussão ..................................................................................... 11

Apresentação dos resultados ....................................................................... 11

Análise dos resultados .................................................................................. 14

Conclusão ........................................................................................................ 15

Bibliografia........................................................................................................ 15

4 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Lista de figuras e tabelas

Figuras

Ilustração 1: Exemplo de poluição de um rio por efluentes têxteis ..................... 5

Ilustração 2: Enquadramento do O3 como potencial redutor .............................. 7

Ilustração 3: Estrutura Reactive Blue 5 ............................................................. 7

Ilustração 6: Espectrofotómetro ........................................................................ 10

Ilustração 7: Reta de calibração, concentração e respetiva absorvância ......... 11

Ilustração 8: Gráfico variação C/C0 com co tempo .......................................... 12

Ilustração 9: Gráfico TOC/TOC0 ...................................................................... 13

Ilustração 10: Cor no inicio do processo ......................................................... 13

Ilustração 11: Cor no fim do processo .............................................................. 13

Tabelas

Tabela 1: Valores calculados necessários às diluições ...................................... 8

Tabela 2: Concentrações e respetivas abosrvâncias ....................................... 11

Tabela 3: Dados a pH natural, concentração do corante ................................. 12

Tabela 4: Dados a pH=11,0 , concentração do corante ................................... 12

Tabela 6: Dados a pH=11, TOC ....................................................................... 13

Tabela 5: Dados TOC a pH natural .................................................................. 13

5 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Introdução

Atualmente existe cada vez mais uma preocupação com o tratamento dos

desperdícios que resultam da atividade humana, dado que a pegada do

Homem em todos os ecossistemas está cada vez mais saliente.

Uma área em que se decidiu atuar foi no tratamento de efluentes industriais

com coloração, nomeadamente de industrias têxteis, e que são despejados em

rios provocando alterações nesse meio aquático. Deste modo, vários processos

foram estudados, incluindo o tratamento por ozonização.

Este relatório para além de estudar este mesmo tratamento com o auxilio do

ozono, visa também concluir o que otimiza este processo, se uma solução mais

ácida, ou mais básica.

Ilustração 1: Exemplo de poluição de um rio por efluentes têxteis

6 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Enquadramento teórico

O que é um efluente?

Em resultado da produção industrial ou da atividade humana diária, são

gerados produtos líquidos ou gasosos, designados de efluentes, que são,

posteriormente, lançados para o meio ambiente. Os produtos gerados podem

ou não apresentar uma ameaça para o meio ambiente, cabendo aos órgãos

ambientais responsáveis a fiscalização dos parâmetros e limites de emissão

dos efluentes. Para que essa fiscalização seja rigorosa é necessário um

sistema do monitorização confiável.

Efluentes gasosos têm diferentes origens, como veículos motorizados, mas

são maioritariamente produzidos pela indústria tendo os seus limites de

emissão sido determinados pelo “Protocolo de Quioto”.

Efluentes líquidos têm as mais diversas origens, por exemplo, doméstica,

industrial, agrícola e pluvial urbana, como consequência têm diversas

composições. Os seus limites de emissão foram definidos no “Protocolo de

Annapolis”

Com a continuo despejo destes tipo de soluções para o meio ambiente,

notou-se a necessidade de fazer o tratamento destes efluentes fazendo com

que esses criassem menos impacto no meio em que estão contidos. Um

desses processos é designado como ozonização.

O que é a ozonização?

A ozonização é uma técnica de oxidação química que tem como agente

oxidante o ozono (O3) que é produzido a partir do ar, do oxigénio puro ou da

água altamente pura. Neste trabalho prático, o ozono foi obtido através de

oxigénio:

(1) O2 (g) → O● (g) + O●(g)

(2) O● (g) + O2 (g) → O3 (g)

Depois do ozono ser utilizado, o que não reduziu na reação é removido da

solução, convertido em oxigénio e libertado para a atmosfera.

Este processo de ozonização é uma boa opção na mineralização dos

poluentes em CO2, água e iões inorgânicos dado que o ozono é um bom

oxidante, como podemos concluir da análise da ilustração 2, aumenta a

7 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

biodegradação de compostos orgânicos, com o intuito de remover a cor e o

odor.

Corante Reactive Blue 5

Um dos grandes problemas dos efluentes líquidos é a variabilidade das

suas composições e a coloração excessiva que alguns apresentam,

principalmente os provenientes da industrias têxtil, o que constitui um problema

ambiental e estético. Neste tipo de industria o tingimento é feito com recurso a

água e corantes, sendo frequentemente usados corantes reativos, pois estes

apresentam uma boa estabilidade durante a lavagem, procedimentos simples

de tingimento e são altamente solúveis em água. Apesar disso, este tipo de

corantes apresentam um baixo nível de fixação nas fibras do vestuário, sendo

grande parte “desperdiçado” para o efluente.

De forma a simular um efluente corado

foi usado o corante “Reactive Blue 5"

(ilustração 3), que tem uma massa molar de

774,16g/mol e apresenta a respetiva fórmula

química que é C29H20CIN7O11S3. Com

esta simulação é observável qual a eficácia

da ozonização na remoção da coloração de

efluentes.

Ilustração 2: Enquadramento do O3 como potencial redutor

Ilustração 3: Estrutura Reactive Blue 5

8 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Método Experimental

Reagentes e materiais

Gobelés;

Medidor de pH;

Hidróxido de sódio (NaOH);

Placa magnética;

Pipetas volumétricas (5mL, 10mL, 15mL, 25mL);

13 Frascos;

Pompete;

Iodeto de Potássio (KI);

Analisador;

Cronómetro;

Pipeta de Pasteur;

Compressor;

Espetrofotómetro;

Balões volumétricos (20mL, 50mL);

Água destilada;

Solução – mãe (água destilada e corante C.I. Reactive Blue 5)

(100mg/L).

Procedimento experimental

1. Preparou-se quatro soluções diluídas com diferentes concentrações a

partir da solução mãe (100mg/L). Retirou-se com a ajuda da pipeta

volumétrica o volume necessário de solução mãe, colocou-se no balão

volumétrico correspondente e prefez-se o volume até se ter o valor final.

Repetiu-se este processo tantas vezes quantas a soluções a preparar

com as seguintes quantidades:

Tabela 1: Valores calculados necessários às diluições

C final (mg/L) V final (mL) V necessário da solução mãe (mL)

75,00 20,00 15,00 50,00 50,00 25,00

9 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

20,00 50,00 10,00 10,00 50,00 05,00

2. Colocou-se 750 mL da solução - mãe num gobelé, na placa de agitação

com o medidor de pH.

3. Aumentou-se o pH da solução - mãe recorrendo ao hidróxido de sódio

(NaOH), de 5.8 para 11,0.

4. De seguida rotulou-se os recipientes onde seriam colocadas as

amostras que íamos retirar durante o processo de ozonização.

5. Colocou-se o gobelé no reator (ilustração 4).

6. Fez-se passar oxigénio num gerador de ozono, de modo a originar

ozono que passava por um analisador (ilustração 5) medindo o caudal e

prosseguia para o reator. Este processo decorreu durante duas horas.

7. Retirou-se amostras com a ajuda de um conta-gotas e pompete aos 5,

10, 15, 30, 60, 90 e 120 minutos para os respetivos recipiente

anteriormente rotulados, para medir a absorvância através do

espectrofotómetro.

8. Aos 0, 15, 60 e 120 minutos, retirou-se também amostras para analisar

o TOC.

9. Colocou-se um pouco de água destilada no espectrofotómetro e mediu-

se a absorvância, uma vez que a água destilada funciona como solução

de controlo.

10. As amostras referidas no ponto 7 iam sendo, em parte, colocadas na

cuvette do espectrofotómetro previamente lavados com água destilada e

um pouco da amostra a utilizar e em seguida eram colocadas no

espectofetómetro (ilustração 6), onde se fazia incidir radiação com

comprimento de onda de 597 nm (é neste que a solução em questão

tem uma absorvância maior). Durante este procedimento teve-se o

cuidado de colocar a cuvette sempre na mesma posição uma vez que

este tinha uma fissura; teve-se o cuidado, também, de colocar os dedos

sempre na parte onde não incidia a radiação, de modo a que a parte

onde a radiação incidia estar sempre limpa e, assim, obtermos melhores

resultados. As soluções preparadas anteriormente com as diferentes

concentrações também foram para o espectrofotómetro para se deduzir

uma reta de calibração.

10 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

11. Repetiu-se o ponto 10, levando-nos a obter dois valores para cada uma

das amostras relativos à absorvância.

12. Ao fim das duas horas, desligaram-se os equipamentos. Todo o ozono

passou por uma solução de iodeto de potássio de modo a quebrar as

ligações químicas e voltar a formar oxigénio; só depois foi libertado para

a atmosfera uma vez que já não iria poluir o ambiente.

13. Mediu-se o pH da solução resultante das duas horas de ozonização,

10.6.

14. Por fim, lavou-se todo o material utilizado.

Ilustração 4: Reator Ilustração 5: Analisador

Ilustração 4: Espectrofotómetro

11 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Resultado e discussão

Apresentação dos resultados

Os dados a seguir apresentados foram obtidos pelos métodos

experimentais anteriormente referidos. Os dados denominados como “a pH

normal” foram aqueles que se obteram sem aumentar o pH à solução mãe ( pH

inicial de 5.8).

Já os dados obtidos na atividade laboratorial foram obtidos a partir da

solução mãe, mas com um aumento de pH (pH inicial 11.0).

Resultados do métodos experimentais:

Obtenção da reta de calibração a partir de soluções com concentração

conhecida, com dados das respetivas absorvâncias:

~

Ilustração 5: Reta de calibração, concentração e respetiva absorvância

Tabela 2: Concentrações e respetivas

abosrvâncias

12 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Estudo da variação da concentração da solução ao longo do tempo:

Ilustração 6: Gráfico variação C/C0 com co tempo

Tabela 3: Dados a pH natural, concentração do corante

Tabela 4: Dados a pH=11,0 , concentração do corante

13 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Estudo do carbono orgânico total (TOC)

Ilustração 7: Gráfico TOC/TOC0

Variação da coloração na solução

Ilustração 9: Cor no inicio do processo

Tabela 6: Dados TOC a pH natural Tabela 5: Dados a pH=11, TOC

Ilustração 8: Cor no fim do processo

14 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Análise dos resultados

Relativamente ao valor de concentração da solução no instante t=0 min

na tabela 4, seria de prever que esse valor igualasse os 100mg/L. No entanto,

devido a erros de leitura, manipulação da solução e, até mesmo quando se

sucedeu a transferência para algum depósito - esse poderia estar parcialmente

húmido - levando à diminuição dessa quantidade para os 96,54mg/L.

Com a comparação dos dados da tabela 3 e 4 na ilustração 8, é possível

afirmar, embora a concentração seja uma grandeza adimensional, que com o

aumento do pH, a diminuição da concentração foi mais lenta, embora a

diferença seja muito reduzida de tal modo que as linhas do gráfico quase se

sobrepõem. Deste modo pode-se afirmar que a degradação do corante não é

influenciado declaradamente pelo da solução.

Verificou-se ainda que o carbono orgânico total (TOC) diminui ao longo

da reação e, que, no final desta, o valor do TOC era menor a pH=11,

(aproximadamente metade do que tinha inicialmente), do que nas condições a

pH natural.

Ao longo dos 120 minutos em que decorreu a reação, a solução foi

perdendo a sua coloração, como se pode observar nas ilustrações 10 e 11.

Inicialmente, tinha uma cor azulada. No término da experiência, a solução

estava praticamente incolor, evidenciando a oxidação do corante

15 Tratamento de efluentes por ozonização

Qual o efeito do pH da solução no tratamento por ozonização?

Conclusão

A perda de cor da solução mais alcalina foi muito significativa, sendo

que, passou de uma cor azulada para cor transparente, ao final de 120

minutos. Esta perda é decorrente do processo de ozonização que ocorre

durante o tratamento de efluentes.

Ao aumentar o pH, há influência no carbono orgânico total (TOC)

existente na solução. Comparado com o TOC da solução a pH natural, o da

solução alterada é menor. Assim, a última solução possui menor concentração

de compostos orgânicos.

Conclui-se, então, que o aumento do pH otimiza o processo,

aumentando a degradação dos poluentes orgânicos existentes nos efluentes.

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