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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO FÁBIO RUFINO FROSSARD JHONNATAN FACHIN SOUZA LUCAS DA SILVA TARDIM TRATAMENTO DE EFLUENTES DE UMA INDÚSTRIA METAL-MECÂNICA DA REGIÃO SERRANA DO RIO DE JANEIRO: AVALIAÇÃO DO PROCESSO COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO Nova Friburgo 2021 UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO FÁBIO RUFINO FROSSARD JHONNATAN FACHIN SOUZA LUCAS DA SILVA TARDIM TRATAMENTO DE EFLUENTES DE UMA INDÚSTRIA METAL-MECÂNICA DA REGIÃO SERRANA DO RIO DE JANEIRO: AVALIAÇÃO DO PROCESSO COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO Monografia apresentada ao Curso de Graduação, em Engenharia de Produção, da Universidade Estácio de Sá, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção. Orientador: Prof. DSc. André Borher Marques Nova Friburgo 2021 F938t Frossard, Fábio Rufino. Tratamento de efluentes de uma indústria metal-mecânica da região serrana do Rio de Janeiro: avaliação do processo coagulação/floculação. / Fábio Rufino Frossard, Jhonnatan Fachin Souza, Lucas da Silva Tardim. Nova Friburgo, 2021. 62 p. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia de Produção) - Universidade Estácio de Sá, 2021. Orientador: Prof. DSc. André Borher Marques. Bibliografia: p. 51-53. 1. Processos de galvanoplastia. 2. Estação de Tratamento de Efluentes. 3. Agente coagulante/floculante. I. Souza, Jhonnatan Fachin. II. Tardim, Lucas da Silva. III. Marques, André Borher. IV. Universidade Estácio de Sá. V. Título. CDD 670.1 Dados Internacionais da Catalogação-na-Publicação (CIP) FÁBIO RUFINO FROSSARD JHONNATAN FACHIN SOUZA LUCAS DA SILVA TARDIM TRATAMENTO DE EFLUENTES DE UMA INDÚSTRIA METAL-MECÂNICA DA REGIÃO SERRANA DO RIO DE JANEIRO: AVALIAÇÃO DO PROCESSO COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO Monografia apresentada ao Curso de Graduação, em Engenharia de Produção, da Universidade Estácio de Sá, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção. COMISSÃO EXAMINADORA Prof. Esp. Anderson Silva Nideck Universidade Estácio de Sá Prof. DSc. André Borher Marques Universidade Estácio de Sá Prof. Esp. Elberth Jonas de Mello Heringer Universidade Estácio de Sá Nova Friburgo 2021 AGRADECIMENTOS A Deus, em primeiro lugar, que fez com que nossos objetivos fossem alcançados durante todo o curso. Aos nossos familiares e amigos, por todo o apoio durante a realização desse trabalho. A todos da empresa Multi Metais, pelo fornecimento de dados e materiais que foram essenciais para o desenvolvimento desse trabalho. RESUMO A degradação dos recursos hídricos nas últimas décadas tem chamado a atenção da comunidade mundial, devido ao comprometimento da quantidade e da qualidade da água. Os processos de galvanoplastia são uma das fontes mais perigosas de poluição ambiental devido à grande quantidade de efluentes gerados, contendo altos teores de metais pesados (Cu, Ni, Cd, Cr, Zn, Pb e outros), cianeto, contaminantes orgânicos e surfactantes. Logo, os efluentes do processo de galvanoplastia requerem tratamento eficiente para atingir os níveis de concentração e parâmetros físico-químicos recomendados pela legislação ambiental. Neste trabalho, os objetivos da pesquisa foram analisar as etapas de tratamento dos efluentes gerados em uma indústria metal-mecânica localizada na região serrana do Rio de Janeiro. A eficiência do agente coagulante/floculante foi testada sem e na presença de um auxiliar de floculação. Nos testes preliminares realizados, os reagentes comerciais testados mostraram-se eficientes na remoção de cor dos efluentes dos processos de galvanoplastia. Considerando os resultados das análises dos efluentes é possível concluir que a estação de tratamento tem apresentado um bom desempenho na remoção de contaminantes dos efluentes gerados. Palavras-chave: Processos de galvanoplastia; Estação de Tratamento de Efluentes; Agente coagulante/floculante. ABSTRACT The degradation of water resources in recent decades has attracted the attention of the world community, due to the compromised quantity and quality of water. Electroplating processes is one of the most hazardous sources of environmental pollution due to a large amount of the generated effluents, containing the high levels of heavy metals (Cu, Ni, Cd, Cr, Zn, Pb and others), cyanide, organic contaminants and surfactants. Therefore, the effluents of electroplating process require efficient treatment to achieve the levels of concentration and physical and chemical parameters recommended by the environmental legislation. In this work, the research objectives were to analyse the steps of effluents treatment generated in a metal-mechanical sector industry placed in the mountainous region of Rio de Janeiro. The efficiency of the agent coagulant/flocculant (Di-floculador) was tested without and with the coagulant aid (Galvo Floc 90). In the preliminary tests, the commercial reagents tested proved to be efficient in removing color from the effluents of the electroplating processes. Considering the results of effluents analysis it is possible to conclude that the treatment plant has presented a good performance removing contaminants from the generated effluents. Key-words: Electroplating processes; Effluents Treatment Plant; agent coagulant/flocculant. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Fluxograma típico do processo produtivo de uma indústria de galvanoplastia.....18 Figura 2 – Formação de pontes interpartículas .......................................................................24 Figura 3 – Delineamento da pesquisa. ................................................................................... 29 Figura 4 – Fluxograma de produção da empresa ....................................................................31 Figura 5 – Estação de tratamento de efluentes da empresa, destacando os tanques de tratamento dos efluentes gerados. ........................................................................................... 32 Figura 6 – Trocadores iônicos e filtros de carvão ativado utilizados no tratamento das águas de lavagem provenientes da galvanoplastia .............................................................................33 Figura 7 – Visão panorâmica da área de galvanoplastia da indústria, destacando os diferentes banhos utilizados no processo. ................................................................................................ 34 Figura 8 – Fluxograma da estação de tratamento de efluentes da indústria avaliada, destacando todos os tratamentos realizados nos efluentes gerados até o lançamento, o reaproveitamento da água e a geração do lodo ....................................................................... .35 Figura 9 – Efluente contendo Cr+6 (a) e efluente após tratamento contendo Cr+3 (b).............39 Figura 10 – Tanque de neutralização utilizado na estação de tratamento da indústria de galvanoplastia .......................................................................................................................... 41 Figura 11 – Líquido clarificado obtido após tratamento de efluente contendo Cr+6 (a) e filtro utilizado para remoção de partículas ou espuma antes do descarte do efluente (b) ............... 42 Figura 12 – Filtro-prensa utilizado no processo de desaguamento do lodo gerado (b) e lodo gerado após secagem e armazenado para posterior descarte por empresa licenciada ambientalmente (b) ..................................................................................................................43 Figura 13 – Efluentes gerados após as etapas de Coagulação/floculação/decantação e fazendo o uso do Difloculador (a) e do Difloculador + Galvo floc 90 (b). ............................ 46 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Padrões de lançamento de efluentes de acordo com a Resolução CONAMA nº 430 de 2011 ............................................................................................................................. 25 Tabela 2 – Concentração máxima de algumas substâncias de acordo com a Norma Técnica NT-202-R-10 (Critérios e padrões para lançamento de efluentes líquidos) ............................ 27 Tabela 3 – Reagentes utilizados nos processos de tratamento dos efluentes gerados ............ 37 Tabela 4 – Principais poluentes avaliados no efluente gerado da indústria de galvanoplastia avaliada .................................................................................................................................... 45 Tabela 5 – Ciclo de tratamento de efluentes contendo águas de arraste no reator por batelada .................................................................................................................................... 46 Tabela 6 – Comparação dos parâmetros avaliados nos efluentes tratados sem o auxiliar de floculação (Galvo Floc 90) e com o auxiliar de floculação (Galvo Floc 90) .......................... 48 LISTA DE SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CECA Comissão Estadual de Controle Ambiental CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente DQO Demanda Química de Oxigênio ETE Estação de Tratamento de Efluentes INEA Instituto Estadual do Ambiente NBR Norma Brasileira RFNT Sólidos Suspensos Totais SLAP Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras LISTA DE SÍMBOLOS Al(OH)3 Hidróxido de alumínio Al2(SO4)3 Sulfato de alumínio CN- Cianeto Cr+3 Cromo trivalente Cr+6 Cromo hexavalente FeCl3 Cloreto de ferro Fe(OH)3 Hidróxido de ferro H2SO4 Ácido sulfúrico kg Kilograma L Litro mg Miligrama mL Mililitro m3 Metro cúbico NaOH Hidróxido de sódio Na2S2O5 Bissulfito de sódio pH Potencial hidrogeniônico SO2 Dióxido de enxofre ºC Graus Celsius % Porcentagem SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 13 2. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 15 2.1 Objetivo geral .................................................................................................................... 15 2.2 Objetivos específicos ......................................................................................................... 15 3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................................... 16 3.1 O PROCESSO DE GALVANOPLASTIA......................................................................... 16 3.2 OS EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA DE GALVANOPLASTIA. ................. 18 3.3 PROCESSOS DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA DE GALVANOPLASTIA ....................................................................................................... 21 3.3.1 O PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO ................................................ 22 3.4 LEGISLAÇÃO REFERENTE A EFLUENTES INDUSTRIAIS .................................... 24 4 MEIOS E MÉTODOS DE PESQUISA ............................................................................. 29 4.1 DELINEAMENTO ............................................................................................................ 29 4.2 ESTUDO DE CASO. ......................................................................................................... 30 4.3 EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA. ...................................................................31 4.4 TRATAMENTOS REALIZADOS NOS EFLUENTES GERADOS. .............................. 33 4.4.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DOS EFLUENTES ........................................................................................................................... 36 4.4.2 ETAPAS DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES. ..................................................... 37 4.4.2.1 Pré-tratamento – Oxidação do cianeto (CN-) .......................................................... 37 4.4.2.2 Pré-tratamento – Redução do cromo hexavalente (Cr+6) ....................................... 39 4.4.2.3 Pré-tratamento – Efluentes contendo águas de arraste .......................................... 40 4.4.2.4 Pós-tratamento – Neutralização. .............................................................................. 40 4.4.2.5 Pós-tratamento – Coagulação/floculação. ................................................................ 41 4.4.3 VAZÃO DOS EFLUENTES GERADOS. .................................................................... 43 4.4.4 PARÂMETROS DE CONTROLE ................................................................................. 44 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 45 5.1 TRATAMENTO DOS EFLUENTES GERADOS ............................................................ 45 6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ......................................................................... 49 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 51 ANEXOS ................................................................................................................................. 54 13 1 INTRODUÇÃO A degradação dos recursos hídricos nas últimas décadas tem despertado a atenção da comunidade mundial, em virtude do comprometimento da quantidade e qualidade da água. Devido à deterioração cada vez maior dos recursos hídricos e o custo oneroso para o tratamento das águas, os órgãos fiscalizadores ambientais estão estabelecendo leis e normas cada vez mais restritivas quanto ao despejo de efluentes industriais nos corpos hídricos, visando à proteção da saúde e bem estar do ser humano e a proteção do meio ambiente (MIERZWA, 2002; VAZ, 2009). Atualmente, os problemas mais sérios de poluição dos recursos hídricos referem-se aos efluentes industriais, os quais, devido à grande variedade de atividades desenvolvidas pelas indústrias, podem apresentar em sua composição os mais variados tipos de substâncias, das quais muitas são extremamente tóxicas e podem ter efeitos adversos sobre todos os seres vivos, caso as mesmas atinjam qualquer recurso hídrico (MIERZWA, 2002). O tratamento dos efluentes de cada indústria deve obedecer à legislação ambiental regional. O tratamento é baseado na transformação dos poluentes dissolvidos e em suspensão em substâncias inertes e/ou sólidos sedimentáveis para a posterior separação das fases sólida e líquida. O sistema de tratamento deve ser utilizado com o objetivo de evitar a degradação do meio ambiente, uma vez que essas águas serão lançadas de volta à natureza (BRANCO & ZORZIN, 2016). A galvanoplastia pode ser descrita como o processo de depositar diversas camadas metálicas sobre um objeto através da aplicação dos princípios fundamentais que reagem ao fenômeno da eletrólise, como reações de oxidação e redução. Em todo processo em que metais não nobres são revestidos por outros mais nobres, geralmente para proteger contra a corrosão ou para fins estético-decorativos, a galvanoplastia é chamada de galvanização ou eletrodeposição (PEREZ, CORRÊA & PIRES, 2014). A indústria da galvanoplastia apresenta-se como uma fonte geradora de efluentes contendo metais pesados (cromo, cobre, zinco, níquel, cádmio, chumbo),uma vez que emprega em seus processos de eletrodeposição uma variedade de soluções metálicas e um 14 volume considerável de águas de lavagem que, dependendo do porte da indústria, situa-se entre 250 e 2.000 L/h, havendo instalações em que esta quantidade ultrapassa os 10.000 L/h (BRAILE & CAVALCANTI, 1993, SILVA et al., 2015). Já a vazão dos efluentes, esta varia consideravelmente, dependendo do tamanho das seções de galvanização, havendo relatos 3 desde 8 até 1500 m /dia (VAZ, 2009). O descarte das águas das lavagens das peças, feito entre os banhos, é o principal poluidor característico de atividades de galvanoplastia (PEREZ, CORRÊA & PIRES, 2014). Para os efluentes gerados na indústria de galvanoplastia, diversos são os tratamentos convencionais utilizados – precipitação química (seguida de coagulação e floculação), troca iônica, processos eletroquímicos, etc (VAZ, 2009; MELO, 2016), sendo a precipitação química um processo essencial para o tratamento de efluentes que contêm metais pesados, uma vez que se apresenta como um método relativamente simples e econômico, com o inconveniente de gerar grandes quantidades de lodo (VAZ, 2009). Para que o esgoto doméstico e/ou industrial possa ser lançado a um corpo receptor sem causar degradações ao meio ambiente, devem ser utilizadas tecnologias que objetivam minimizar o seu potencial poluidor. A Resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente - CONAMA nº 430/2011 (BRASIL, 2011) estabelece que, independente da fonte poluidora, os efluentes somente poderão ser lançados diretamente nos corpos hídricos receptores após serem devidamente tratados e desde que atendam aos padrões e exigências dispostas pela norma (NEUMANN, 2016). 15 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo geral O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o processo de coagulação/floculação no tratamento primário do efluente líquido de uma indústria de galvanoplastia. 2.2 Objetivos específicos O presente trabalho tem como objetivos específicos: Avaliar a eficiência de um agente floculante polimérico (polieletrólito) e um auxiliar de floculação no processo de coagulação/floculação do efluente industrial avaliado na empresa; Caracterizar o efluente da indústria em relação aos parâmetros físico-químicos, segundo a legislação aplicável. 16 3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 3.1 O PROCESSO DE GALVANOPLASTIA A galvanoplastia é um processo químico que consiste do depósito de finas camadas de um metal sobre superfícies de corpos metálicos ou plásticos, por meio de processos químicos ou eletroquímicos, a partir de soluções aquosas que contém metais tais como, o cromo, o níquel, o cobre, o zinco, o cádmio, entre outros, seguidos de enxágues (banhos) com água para limpeza das peças (VAZ, 2009; BELOVA et al., 2020). No processo da galvanoplastia, os íons metálicos que se encontram na solução eletrolítica, carregados positivamente, são transportados por átomos metálicos, através do recebimento de números de elétrons correspondentes e, sendo átomos metálicos, sob certas condições, formam uma camada metálica sobre uma peça metálica ou plástica. A deposição metálica pode ocorrer com ou sem fonte de eletricidade externa (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008). A galvanoplastia tem como finalidade o aumento da dureza e uma maior resistência à corrosão, além de tornar os produtos com aparência mais atrativa através de deposição de uma fina camada metálica sobre a superfície (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008). Dentre os principais motivos para o emprego da eletrodeposição galvânica sobre peças metálicas, destacam-se a mudança do coeficiente de atrito e das propriedades elétricas superficiais, o aumento da resistência ao desgaste e a diminuição da incidência de manchas, a prevenção da carbonização, a alteração do comportamento superficial com relação aos agentes pigmentantes, a prevenção da corrosão do material base, o melhoramento da aparência, entre outros (VAZ, 2009). O processo de galvanoplastia consiste em uma sequência de banhos que envolvem três etapas principais (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008; VAZ, 2009): (1) Etapa de pré-tratamento – etapa responsável por retirar as imperfeições e materiais aderidos na superfície das peças. Essa etapa pode ser realizada através dos processos de pré- tratamento mecânico e pré-tratamento químico. 17 Pré-tratamento mecânico: essa etapa se faz necessária para dar a uma peça condições de perfeição técnica para receber um acabamento superficial decorativo, protetor ou funcional. Este acabamento consiste em três etapas: escovação, lixamento e polimento. Pré-tratamento químico: o pré-tratamento químico é também chamado de desengraxamento e funciona como uma etapa preliminar e obrigatória para a deposição, tendo como principal objetivo a eliminação de contaminantes como óleos e graxas que se encontram aderidos às peças metálicas. Na prática são usados três processos principais de desengraxamento: com solventes orgânicos ou emulsões, o alcalino e o alcalino eletrolítico. A etapa de decapagem ácida consiste na remoção de óxidos, hidróxidos ou outros tipos de impurezas sólidas pela imersão da peça em uma solução ácida. Essa etapa pode ser muito acelerada com o emprego de corrente elétrica, o que constitui a decapagem eletrolítica. (2) Etapa de revestimento – é a segunda etapa do processo galvânico e tem como objetivo à deposição eletrolítica, também chamada de deposição metálica. Este processo ocorre pela aderência do metal que se desprende do ânodo atravessando o banho, a qual se chama eletrólito, pela ação da eletricidade. Entre os vários tipos de processos de tratamento de superfícies disponíveis (zincagem, cobreagem, estanhagem, niquelação, cromagem, etc), cada um segue, após a limpeza mecânica e química da peça ou metal base, uma sequência de banhos eletrolíticos específicos. Dependendo do tipo de acabamento metálico, efluentes líquidos com características diversas são gerados, em decorrência principalmente das águas de lavagem. (3) Etapa de passivação azul brilhante – esta etapa tem por finalidade dar um acabamento à peça, tipo espelho. É um processo muito utilizado para a fabricação de peças para utilização em fins decorativos. Após passar por todas essas etapas as peças são encaminhadas para o processo de secagem. Entre as etapas da galvanoplastia, a peça sofre um processo de lavagem. Desta forma, são gerados efluentes líquidos, emissões gasosas e resíduos sólidos que necessitam de tratamento específico (CPRH, 2001). A Figura 1 apresenta um fluxograma normalmente adotado pela indústria de galvanoplastia em seus processos produtivos, além dos diferentes resíduos gerados em cada etapa. 18 Figura 1 – Fluxograma típico do processo produtivo de uma indústria de galvanoplastia. Fonte: Adaptado de CPRH (2001). 3.2 OS EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA DE GALVANOPLASTIA Existem dois tipos de efluentes: os efluentes domésticos ou sanitários biodegradáveis (provenientes de banheiros, cozinhas, residências e comércios) e os efluentes industriais que podem apresentar toxidez aos microorganismos responsáveis pelo tratamento biológico dos esgotos, toxidez ao tratamento do lodo gerado, risco à segurança de trabalhadores e/ou presença de contaminantes que não são retirados nos tratamentos biológicos comuns (LINDEGGER, 2012). A indústria é a atividade que mais contribui para a contaminação ambiental, visto que a maioria dos processos industriais utiliza grandes volumes de água elevando consequentemente a produção de rejeitos líquidos contendo espécies tóxicas ou difíceis de 19 serem degradadas no meio ambiente (BRANCO & ZORZIN, 2016). As características dos efluentes industriais são bastante variadas, mesmo se tratando de efluentes de um mesmo setorindustrial. As características dos efluentes gerados dependem das matérias-primas utilizadas, das tecnologias utilizadas nos processos, do tamanho e idade da indústria, etc (FUGITA, 2018). A indústria de galvanoplastia é caracterizada pelo excessivo consumo de água e energia, pela geração de efluentes líquidos contendo metais pesados e pelas emissões gasosas, oriundas das perdas por evaporação dos banhos aquecidos, além dos resíduos sólidos gerados no preparo dos materiais a serem galvanizados (Figura 1) (VAZ, 2009). Os efluentes líquidos gerados são provenientes principalmente do descarte de banhos químicos e águas de lavagem. Esses efluentes são geralmente coloridos, alguns com temperatura superior à temperatura ambiente e emitem vapores devido ao aquecimento dos banhos. Os pHs dos efluentes líquidos gerados atingem os extremos ácidos ou alcalinos (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008). A elevada carga tóxica dos efluentes líquidos gerados no processo de galvanoplastia é composta, principalmente, por sais de cianeto e metais pesados como cobre, níquel e cromo, entre outros, que podem estar presentes tanto nas formas solúvel quanto insolúvel (VAZ, 2009; PEDRO, 2010). Segundo Nogueira e Pasqualetto 2008, os efluentes líquidos gerados na indústria de galvanoplastia podem ser segregados nas seguintes classes: (1) Efluentes crômicos: gerados nos banhos de cromo em geral, abrilhantadores e passivadores e suas águas de lavagem; (2) Efluentes cianídricos: gerados em banhos de cobre, zinco, cádmio, prata, ouro, certas soluções desengraxantes e suas águas de lavagem; (3) Efluentes gerais ácidos: gerados de soluções decapantes, soluções desoxidantes e suas águas de lavagem; (4) Efluentes gerais alcalinos: efluentes gerados com desengraxantes químicos por imersão e eletrólitos e suas águas de lavagem; 20 (5) Efluentes quelatizados e resíduos oleosos: em geral as quantidades destes tipos de efluentes são pequenas e seus descartes poderão ser programados e controlados sem maiores problemas. Os efluentes líquidos oriundos dos processos de galvanoplastia devem ser segregados de acordo com sua classificação ou características químicas, separadamente dos coletores pluviais, através de canaletas e/ou tubulações para os tanques de acúmulo (concentração). É muito importante que os tanques de acúmulo sejam dimensionados com um volume que atenda a vazão diária de descarte de cada efluente, de forma a garantir a execução da manutenção de equipamentos ou outra eventualidade na operação da Unidade de Tratamento de Efluentes (ETE) (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008; PONTE, 2014). A contaminação de ambientes aquáticos causada por metais pesados e por efluentes com elevados índices de cor e turbidez, se tornou, nas últimas décadas, objetivo de interesse pelas autoridades responsáveis. Há uma forte demanda de tecnologias mais econômicas para a remoção desses poluentes. A remoção desses contaminantes é consequentemente, uma prioridade na pesquisa e na legislação ambiental atual (VAZ, 2009). As emissões gasosas geradas em uma indústria de galvanoplastia são provenientes de diversos processos: reações eletrolíticas, reações de decapagem, reações de desengraxe e reações de corrosão. Essas emissões podem ser coloridas ou incolores, e são geralmente irritantes para as mucosas. Suas emissões devem estar de acordo com as recomendações do ministério do trabalho e o controle das mesmas na indústria pode ser realizado através da utilização de exaustores e lavadores de gases (PONTE, 2014). Os resíduos sólidos gerados em indústrias galvânicas são provenientes de sucatas de metais ferrosos e não-ferrosos, precipitação de banhos, lodo/lamas do processo de tratamento de efluentes líquidos, embalagens de produtos químicos, etc. Os lodos gerados do processo de tratamento das águas residuárias e das precipitações dos tanques de lavagem e de outros processos, se caracterizam por apresentarem altos teores de ferro, óleos e graxas, além de em muitos casos apresentarem um baixo pH. Metais pesados como zinco e chumbo podem estar presentes nesses resíduos sólidos (NOGUEIRA & PASQUALETTO, 2008; PONTE, 2014). 21 3.3 PROCESSOS DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA DE GALVANOPLASTIA Os efluentes dos processos de galvanização geram graves problemas de poluição nos ecossistemas aquáticos devido à presença nos seus despejos de metais pesados, que acima de determinadas concentrações podem ser tóxicos ao ambiente e ao ser humano, e apresentam ainda grande quantidade de materiais dissolvidos e suspensos, ocasionando altos valores de cor e turbidez, respectivamente. Logo, é necessário o tratamento prévio desses efluentes antes do descarte em corpos receptores em níveis aceitáveis de acordo com a legislação vigente. Existem diversos processos de tratamento de efluentes industriais e o processo ideal, sua forma construtiva, os materiais empregados e os produtos químicos utilizados dependem de diversos fatores como: legislação ambiental regional, o clima, a cultura local, os custos de investimento, os custos operacionais, a quantidade de lodo gerado, a qualidade do efluente tratado, a segurança operacional, a geração de odor, a interação com a vizinhança e a possibilidade de reuso do efluente tratado (LINDEGGER, 2012). O conhecimento da vazão e da composição do efluente industrial possibilita a determinação das cargas de poluição/contaminação, o que é fundamental para definir o tipo de tratamento, avaliar o enquadramento na legislação ambiental e estimar a capacidade de autodepuração do corpo receptor. Desse modo, é preciso quantificar e caracterizar os efluentes, para evitar danos ambientais, demandas legais e prejuízos para a imagem da indústria junto a sociedade (BRANCO & ZORZIN, 2016). Dentre os diversos processos convencionais de tratamento disponíveis para a remoção de metais dissolvidos em efluentes líquidos industriais, podemos citar a precipitação química (seguida de coagulação e floculação), a evaporação, a troca iônica (adsorventes orgânicos ou resinas), as tecnologias de membrana (ultrafiltração, eletrodiálise e osmose reversa), os processos eletroquímicos e os de adsorção (VAZ, 2009). O processo de precipitação química seguida de coagulação/floculação e decantação é um dos processos de tratamento mais utilizado nas indústrias de galvanoplastia para a remoção de metais presentes nos efluentes líquidos gerados. Este processo transforma as partículas menores em partículas maiores (lodo) que são passíveis de sedimentação (MELO, 22 2016). A principal desvantagem desse processo é a geração de grande quantidade de lodo galvânico, que é classificado como resíduo perigoso e representa um grande problema ambiental, basicamente pela falta de espaço físico nas instalações para seu armazenamento, pelo alto custo associado ao seu transporte, tratamento e disposição final (VAZ, 2009). O processo de precipitação química, apesar de ser muito utilizado pelas indústrias galvânicas no tratamento de seus efluentes, muitas vezes não permite atingir níveis de concentração de metais pesados suficientemente reduzidos às concentrações de lançamento estabelecidas pela legislação vigentes, sendo necessária a aplicação de um processo complementar para o tratamento final do efluente (VAZ, 2009). 3.3.1 O PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO O processo de coagulação corresponde à desestabilização da dispersão coloidal, obtida por redução das forças de repulsão entre as partículas com cargas negativas, por meio da adição de produtos químicos apropriados, habitualmente com sais de alumínio, ferro ou de polímeros sintéticos, seguidos por agitação rápida, com o objetivo de homogeneizar a mistura. No processo de floculação, flocos são formados a partir de materiais finamente divididos. Esses flocos,ao se agregarem pelo processo de agitação ficam mais pesados e sedimentam-se, facilitando a separação dos materiais do meio líquido (WEIHERMANN, 2015). O processo de coagulação/floculação com posterior sedimentação proporciona a remoção de cor e turbidez do efluente a ser tratado. A coagulação e a floculação podem ser verificadas em escalas de bancada através da realização de ensaios “Jar-test” (teste de jarros), que são utilizados para a determinação da dosagem ótima de aplicação de coagulantes em águas brutas ou residuárias (SILVA, 2009). Na coagulação química, são empregados agentes coagulantes como cloreto férrico (FeCl3) ou sulfato de alumínio (Al2(SO4)3), com forte agitação do efluente para desestabilizar eletricamente as partículas de sólidos, facilitando sua aglomeração. Ao empregar o sulfato de alumínio ou o cloreto férrico como coagulantes em uma faixa de pH entre 5 e 9, os cátions desses compostos produzem produtos pouco solúveis como o hidróxido de alumínio (Al(OH)3) e o hidróxido de ferro (Fe(OH)3) (MELO, 2016). 23 Os sais de alumínio são agentes inorgânicos não biodegradáveis que acrescentam elementos químicos à água e ao lodo. Como principal dificuldade do processo destaca-se o lodo inorgânico gerado no processo, de difícil manuseio por parte das empresas em função do seu volume e do elevado teor de umidade. Os sais de ferro também são muito utilizados como agentes coagulantes para tratamento de água e podem agir sobre uma ampla faixa de pH, devido à baixa solubilidade dos hidróxidos férricos formados. Sais de alumínio e ferro são ambientalmente indesejáveis, pois os lodos gerados podem disponibilizar íons solúveis que comprometem a saúde humana (VAZ, 2010). Polímeros sintéticos denominados polieletrólitos também podem ser utilizados como coagulantes no tratamento de águas oriundas de efluentes industriais. Esses polímeros quando adicionados a água podem assumir cargas positivas ou negativas, sendo classificados como polímeros catiônicos ou aniônicos; ou não assumir carga alguma, sendo considerados neutros; ou ainda apresentar sítios ionizáveis positivos e negativos, caracterizando polímeros anfolíticos (SILVA, 2009). A ação desses polímeros pode ser dividida em três categorias principais: adsorção e neutralização de cargas no caso de polieletrólitos catiônicos, adsorção e formação de pontes poliméricas no caso de polímeros aniônicos e não-iônicos e uma mistura das duas categorias anteriores. A Figura 2 mostra a formação de uma ponte quando duas ou mais partículas são adsorvidas ao longo do comprimento da molécula polimérica. Durante esse processo, essa partícula com o polímero adsorvido adquire peso suficiente para sedimentação proporcionalmente a quantidade de pontes formadas (SILVA, 2009). A utilização de polímeros como auxiliares de floculação em uma estação de tratamento de efluentes ocasiona vantagens diretas e indiretas. Por aumentar a eficiência de remoção das partículas suspensas, há uma melhoria na qualidade das águas geradas e redução do consumo de coagulantes primários, ocasionando, portanto, um menor gasto com produtos químicos, por reduzir a concentração de sólidos suspensos totais na água. Além disso, reduz o volume de lodo no decantador, uma vez que esses polímeros retiram água desses resíduos (ISMAIL et al., 2019). 24 Figura 2 – Formação de pontes interpartículas. Fonte: Adaptado de SILVA (2009). 3.4 LEGISLAÇÃO REFERENTE A EFLUENTES INDUSTRIAIS As atividades industriais podem trazer vários problemas ambientais e consequentemente riscos à saúde do ser humano se não forem tomadas medidas quanto ao tratamento dos efluentes industriais gerados. No Brasil existem leis e decretos em nível federal, estadual e municipal que regulam os parâmetros e limites de emissão de efluentes no meio ambiente, os quais são cada vez mais rígidos e monitorados pelos órgãos governamentais (NEUMANN, 2016). Os parâmetros analisados no efluente líquido proveniente de atividades industriais, após tratamento adequado devem atender aos limites máximos estabelecidos pela Resolução CONAMA n° 430 de 2011, que dispõe sobre as condições e padrões de lançamento de efluentes, em âmbito nacional; pela norma técnica NT-202.R-10, que estabelece critérios e padrões para o lançamento de efluentes líquidos em corpos hídricos ou em redes públicas de esgotos, dentro do Estado do Rio de Janeiro e pela DZ-205.R-6 que estabelece diretrizes para controle e lançamento de carga orgânica em efluentes líquidos de origem industrial. 25 Em nível federal, o artigo 16 da Resolução CONAMA nº 430 de 2011 estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes. A Resolução determina que quando ocorrer a inexistência de legislação ou norma específica para o lançamento indireto do efluente no corpo receptor deve ser observada o que esta norma estabelece. A mesma também determina que os efluentes de qualquer fonte poluidora somente poderão ser lançados no corpo receptor desde que obedeçam às condições e padrões previstos neste artigo, resguardadas outras exigências cabíveis. As condições de lançamento de efluentes segundo a Resolução CONAMA nº 430 de 2011 são apresentados abaixo e os padrões de lançamento de efluentes são mostrados na Tabela 1. (a) pH entre 5 e 9; (b) temperatura inferior a 40°C; (c) Materiais sedimentáveis: até 1 mL/L; (d) Regime de lançamento com vazão máxima de até 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária da fonte poluidora, exceto nos casos permitidos pela autoridade competente; (e) Óleos minerais: até 20 mg/L; (f) Óleos vegetais e gorduras animais: até 50 mg/L (g) Ausência de materiais flutuantes; (h) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO 5 dias a 20°C): remoção mínima de 60% de DBO. Tabela 1 – Padrões de lançamento de efluentes de acordo com a Resolução CONAMA nº 430 de 2011 (continua) Parâmetros inorgânicos Valores máximos Arsênio total 0,5 mg/L As Bário total 5,0 mg/L Ba Boro total (Não se aplica para o lançamento em águas salinas) 5,0 mg/L B 26 Tabela 1 – Padrões de lançamento de efluentes de acordo com a Resolução CONAMA nº 430 de 2011 (conclusão) Parâmetros inorgânicos Valores máximos Cádmio total Chumbo total 0,2 mg/L Cd 0,5 mg/L Pb Cianeto total 1,0 mg/L CN Cianeto livre (destilável por ácidos fracos) 0,2 mg/L CN Cobre dissolvido 1,0 mg/L Cu Cromo hexavalente 0,1 mg/L Cr+6 Cromo trivalente 1,0 mg/L Cr+3 Estanho total 4,0 mg/L Sn Ferro dissolvido 15,0 mg/L Fe Fluoreto total 10,0 mg/L F Manganês dissolvido 1,0 mg/L Mn Mercúrio total 0,01 mg/L Hg Níquel total 2,0 mg/L Ni Nitrogênio amoniacal total 20 mg/L N Prata total 0,1 mg/L Ag Selênio total 0,3 mg/L Se Sulfeto 1,0 mg/L S Zinco total 5,0 mg/L Zn Parâmetros orgânicos Valores máximos Benzeno 1,2 mg/L Clorofórmio 1,0 mg/L Dicloroeteno (somatório de 1,1 + 1,2cis + 1,2trans) 1,0 mg/L Estireno 0,07 mg/L Etilbenzeno 0,84 mg/L Fenóis totais (substâncias que reagem com 4-aminoantipirina) 0,5 mg/L Tetracloreto de carbono 1,0 mg/L Tricloroeteno 1,0 mg/L Tolueno 1,2 mg/L Xileno 1,6 mg/L Fonte: Brasil (2011) Em nível estadual adota-se a Norma Técnica NT-202-R-10 (Critérios e padrões para lançamento de efluentes líquidos) aprovada pela Deliberação CECA nº 1007, de 04 de dezembro de 1986. Esta Norma Técnica estabelece critérios para o lançamento de efluentes líquidos, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras – SLAP e aplica-se aos lançamentos diretos ou indiretos de efluentes líquidos, provenientes de 27 atividades poluidoras, em águas interiores ou costeiras, superficiais ou subterrâneas do Estado do Rio de Janeiro, através de quaisquer meios de lançamento, inclusive na rede pública de esgotos. Os efluentes líquidos,além de obedecerem aos padrões gerais, não deverão conferir ao corpo receptor, características em desacordo com os critérios e padrões de qualidade de água adequados aos diversos usos benéficos previstos para o corpo d’água. Os efluentes líquidos poderão ser lançados desde que obedeçam aos padrões apresentados abaixo e as concentrações máximas de algumas substâncias são mostradas na Tabela 2. (a) pH entre 5 e 9; (b) temperatura inferior a 40°C; (c) Materiais sedimentáveis: até 1 mL/L; (d) Materiais flutuantes: virtualmente ausentes; (e) Cor: virtualmente ausente; (e) Óleos minerais: até 20 mg/L; Óleos minerais: até 20 mg/L; Óleos vegetais e gorduras animais: até 30 mg/L. Tabela 2 – Concentração máxima de algumas substâncias de acordo com a Norma Técnica NT-202-R-10 (Critérios e padrões para lançamento de efluentes líquidos) (continua) Substância Concentração máxima Alumínio total 3,5 mg/L Al Arsênio total 0,1 mg/L As Bário total 5,0 mg/L Ba Boro total 5,0 mg/L B Cádmio total 0,1 mg/L Cd Chumbo total 0,5 mg/L Pb Cobalto total 1,0 mg/L Co 28 Tabela 2 – Concentração máxima de algumas substâncias de acordo com a Norma Técnica NT-202-R-10 (Critérios e padrões para lançamento de efluentes líquidos) (conclusão) Substância Concentração máxima Cobre total 0,5 mg/L Cu Cromo total 0,5 mg/L Cr Estanho total 4,0 mg/L Sn Ferro solúvel 15,0 mg/L Fe Manganês solúvel 1,0 mg/L Mn Mercúrio total 0,01 mg/L Hg Níquel total 1,0 mg/L Ni Prata total 0,1 mg/L Ag Selênio total 0,05 mg/L Se Vanádio total 4,0 mg/L V Zinco total 1,0 mg/L Zn Amônia 5,0 mg/L N Cloro ativo 5,0 mg/L Cl Cianetos 0,2 mg/L CN Índice de fenóis 0,2 mg/L C6H5OH Fluoretos 10,0 mg/L F Sulfetos 1,0 mg/L S Sulfitos 1,0 mg/L SO3 Pesticidas organofosforados e carbamatos 0,1 mg/L (por composto) Pesticidas organofosforados e carbamatos totais 1,0 mg/L Hidrocarbonetos alifáticos halogenados voláteis, tais como: 1,1,1-tricloroetano; diclorometano; tricloroetileno e tetracloroetileno 0,1 mg/L (por composto) Hidrocarbonetos alifáticos halogenados voláteis totais 1,0 mg/L Cl Hidrocarbonetos halogenados não listados acima tais como: pesticidas e ftalo-ésteres Hidrocarbonetos halogenados totais, excluindo os Hidrocarbonetos alifáticos halogenados 0,05 m/L (por composto) 0,5 mg/L Cl Sulfeto de carbono 1,0 mg/L Substâncias tensoativas que reagem ao azul de metileno 2,0 mg/L Outras substâncias Limites para cada caso específico a serem fixados pela CECA Fonte: Rio de Janeiro (1986) De acordo com a Diretriz DZ205-R6, os efluentes de indústrias com vazão até 3,5 m3/dia somente poderão ser lançados nos corpos d’água, direta ou indiretamente, se sua carga de DQO for inferior a 3,5 kg/dia. Os efluentes de indústrias do gênero metal-mecânico com 29 vazão superior a 3,5 m3/dia somente poderão ser lançados nos corpos d’água, direta ou indiretamente, se sua carga de DQO for < 200 mg/L ou 4,0 kg/dia. 30 4 MEIOS E MÉTODOS DE PESQUISA 4.1 DELINEAMENTO O método de estudo de caso consiste em coletar e analisar informações com o objetivo de estudar aspectos variados, de acordo com o assunto da pesquisa. O estudo de caso é um tipo de pesquisa qualitativa e/ou quantitativa, compreendida como um tipo de investigação que tem como objetivo o estudo de uma forma aprofundada, podendo ser um grupo de pessoas, comunidade, empresa, entre outros (PRODANOV & FREITAS, 2013). O delineamento da presente pesquisa será realizado conforme apresentado na Figura 3. Figura 3 – Delineamento da pesquisa. Fonte: Próprio autor (2021). A definição do tema do presente trabalho ocorreu a partir do trabalho realizado no tratamento dos efluentes da própria empresa onde foi realizada a pesquisa, na qual, foi apresentada a intenção de realizar um estudo sobre o tratamento dos efluentes gerados, principalmente no processo de coagulação/floculação. Os técnicos demonstraram interesse, 31 juntamente com a empresa, em desenvolver esta pesquisa com o objetivo de avaliar a eficiência de agentes floculantes poliméricos comerciais no processo de coagulação/floculação do efluente industrial gerado na empresa. A pesquisa bibliográfica foi realizada por meio de buscas nas principais bases de dados científicas de artigos, dissertações, teses, monografias, trabalhos apresentados em congressos bem como outras publicações oficiais referentes ao tema. O levantamento dos dados referente ao processo de tratamento dos efluentes gerados na empresa foi realizado a partir de visitas ao local, verificando os procedimentos e métodos empregados, com informações obtidas pelos técnicos responsáveis pelo tratamento dos efluentes e laudos emitidos sobre a qualidade da água a ser descartada no meio ambiente. Todas as informações obtidas foram analisadas e compiladas para a realização do relatório final do trabalho de conclusão de curso, no qual será descrito a atual forma de tratamento dos efluentes e, a partir disso, realizar uma avaliação da qualidade do efluente gerado e se há possibilidades de melhorias e eficiência no sistema de tratamento. 4.2 ESTUDO DE CASO A pesquisa foi realizada em uma empresa do ramo metal-mecânica localizada na região serrana do estado do Rio de Janeiro, a qual coleta e trata seus efluentes industriais gerados durante os processos produtivos. As principais etapas de produção da empresa consistem em processos como injeção das peças, eliminação de rebarbas, polimento, vibroacabamento, galvanoplastia e montagem, conforme pode ser observado no fluxograma da Figura 4. A coleta dos dados originou-se a partir da avaliação do processo de coagulação/floculação dos efluentes gerados no processo de galvanoplastia e das análises de laudos dos efluentes tratados, os quais são coletados e analisados por laboratórios credenciados ao Instituto Estadual do Ambiente (INEA). Os ensaios e análises necessários são realizados de modo que o lançamento do efluente tratado em um corpo d’água receptor atenda aos padrões da Resolução CONAMA nº 430/2011 (BRASIL, 2011) a nível federal, da norma 32 técnica NT-202.R-10 e da diretriz DZ-205.R-6, ambas a nível estadual. Os dados utilizados para a análise dos resultados foram obtidos em visitas realizadas a empresa, com o objetivo de caracterizar a origem dos efluentes tratados e observar e analisar todas as etapas de tratamento dos efluentes gerados. Figura 4 – Fluxograma de produção da empresa. Fonte: Próprio autor (2021). 4.3 EFLUENTES GERADOS NA INDÚSTRIA Os efluentes líquidos gerados pela empresa e que são tratados na estação de tratamento são caracterizados como efluentes industriais. Esses efluentes são provenientes dos processos de niquelação, cobreação e cromagem realizados nas etapas de galvanoplastia do processo produtivo da indústria, além de efluentes provenientes de lavagens e águas residuárias que são 33 geradas durante a transferência entre os tanques de tratamento das superfícies. Todas as águas provenientes destes tratamentos são destinadas a tanques de diferentes volumes, dependendo do volume diário gerado de efluente. A estação de tratamento da empresa possui tanques menores (caixas d´água) de 1000 litros de capacidade e um tanque de tratamento de 6000 litros de capacidade, como é mostrado na Figura 5. A quantidade de efluente gerado na indústria está diretamente relacionada à produção diária das peças, uma vez que a empresa opera em função de pedidos de clientes. Figura 5 – Estação de tratamento de efluentes da empresa, destacando os tanques de tratamento dos efluentes gerados. Fonte: Próprio autor (2021). A elevada carga tóxica dos efluentes líquidos gerados nos processos de galvanoplastia é composta,principalmente, por sais de cianeto e metais pesados como cobre, níquel e cromo, que podem estar presentes tanto na forma solúvel quanto insolúvel. Os principais pontos de geração de efluentes líquidos do processo de galvanoplastia da indústria analisada no presente projeto são: (1) Águas provenientes das lavagens ácidas: águas de lavagem de ativação, niquelação e banho ácido de cobre; (2) Banhos contendo cianetos: efluentes contendo cianetos são provenientes dos processos de cobreagem; 34 (3) Cromagem: efluentes gerados no processo de cromagem que contêm cromo no estado de oxidação hexavalente (Cr+6); (4) Águas de arraste: águas que são geradas durante a transferência entre os tanques podem conter diferentes poluentes como Cr+6 e cianeto livre. As águas de lavagem provenientes do processo de galvanoplastia e que são responsáveis pelo maior volume de efluentes gerados passam por um processo de tratamento diferenciado na estação de tratamento. Essas águas de lavagem passam por trocadores iônicos (catiônicos e aniônicos) e filtros de carvão ativado e, em seguida, são encaminhadas novamente ao setor de galvanoplastia para serem reaproveitadas no processo produtivo. A Figura 6 mostra os filtros utilizados no tratamento das águas de lavagem oriundas do processo de galvanoplastia. Figura 6 – Trocadores iônicos e filtros de carvão ativado utilizados no tratamento das águas de lavagem provenientes da galvanoplastia. Fonte: Próprio autor (2021). 4.4 TRATAMENTOS REALIZADOS NOS EFLUENTES GERADOS Inicialmente, todos os efluentes gerados na área da galvanoplastia da indústria são destinados por gravidade até a estação de tratamento de efluentes (ETE). A estação de 35 tratamento é localizada em um andar inferior ao setor da galvanoplastia. O piso da galvanoplastia é constituído por um deck de madeira, que permite que todas as águas de lavagem e águas residuárias provenientes dos diferentes banhos de tratamento superficial e banhos de lavagem sejam destinadas adequadamente a ETE. Além disso, os efluentes provenientes dos diferentes banhos são encaminhados à estação por meio de tubulações. A Figura 7 mostra uma visão panorâmica da área de galvanoplastia da indústria, destacando os diferentes banhos utilizados no processo. Figura 7 – Visão panorâmica da área de galvanoplastia da indústria, destacando os diferentes banhos utilizados no processo. Fonte: Próprio autor (2021). Após chegarem à estação de tratamento por meio de tubulações, os diferentes efluentes gerados são encaminhados a tanques onde serão realizados os pré-tratamentos como o processo de oxidação do cianeto (CN-) e a redução do cromo hexavalente (Cr+6). Esses processos são realizados em batelada e, em seguida, as duas correntes pré-tratadas são encaminhadas para uma etapa contínua composta de neutralização, floculação e decantação. Esse processo de tratamento é conhecido na literatura como regime misto e tem a vantagem de que enquanto os pré-tratamentos estão em andamento, o operador tem tempo para verificar o funcionamento/calibração do pHmetro e outros equipamentos e também de preparar as soluções necessárias para os demais processos. 36 A Figura 8 apresenta um fluxograma típico para o regime de tratamento misto de efluentes contendo Cr+6 e CN- gerados na indústria de galvanoplastia avaliada no presente trabalho. O fluxograma mostra todos os tratamentos que são realizados no efluente até o lançamento, o reaproveitamento da água e a geração de resíduos sólidos (lodos). Figura 8 – Fluxograma da estação de tratamento de efluentes da indústria avaliada, destacando todos os tratamentos realizados nos efluentes gerados até o lançamento, o reaproveitamento da água e a geração do lodo. Fonte: Próprio autor (2021). 37 4.4.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NO TRATAMENTO DOS EFLUENTES Como mostrado no fluxograma da Figura 8, a estação de tratamento de efluentes (ETE) da empresa avaliada no presente trabalho possui 4 tanques menores (caixas d’água de 1000 litros) onde são realizadas as etapas de pré-tratamento dos efluentes e um tanque de 6000 litros de capacidade, onde são realizados os pós-tratamentos (neutralização e coagulação/floculação). Além disso, a ETE possui um filtro prensa para desaguamento do lodo proveniente do tratamento de efluentes e uma estação com trocadores iônicos e filtros de carvão ativado utilizados no tratamento das águas de lavagem provenientes da galvanoplastia (Figura 6). Outro equipamento utilizado durante o tratamento dos efluentes é um pHmetro, que é usado para o ajuste de pH dos efluentes nos tanques. Os materiais e reagentes utilizados no tratamento dos efluentes gerados no processo de galvanoplastia são mostrados na Tabela 3. Tabela 3 – Reagentes utilizados nos processos de tratamento dos efluentes gerados Reagentes Processo em que é utilizado Função Ácido sulfúrico Tratamento de efluentes com Cr+6 Ajuste de pH Hidróxido de sódio Tratamento de efluentes com CN- Ajuste de pH Hipoclorito de sódio Tratamento de efluentes com CN- Oxidação do CN- Metabissulfito de sódio Tratamento de efluentes com Cr+6 Redução do Cr+6 Orto-tolidina Tratamento de efluentes com CN- Indicador Di-floculador Coagulação/floculação Agente floculante Galvo Floc 90 Coagulação/floculação Auxiliar de floculação Polidimetilsiloxano Coagulação/floculação Antiespumante Fonte: Próprio autor (2021) O agente floculante (Di-floculador) utilizado no presente trabalho no processo de coagulação/floculação é um polímero sintético comercial denominado polieletrólito. O Di- 38 floculador é uma poliacrilamida aniônica de alta massa molar o qual atua como agente floculante na clarificação de águas residuais provenientes de processos de galvanoplastia. O Galvo Floc 90 é um produto utilizado no tratamento de efluentes para aumentar o pH do efluente. Esse aditivo auxilia na floculação de sólidos em solução, compactação dos flocos em um tempo menor, adsorção de matérias orgânicas e clarificação das águas no efluente final. 4.4.2 ETAPAS DE TRATAMENTO DOS EFLUENTES Os efluentes gerados na galvanoplastia e encaminhados a estação de tratamento (ETE) recebem inicialmente uma etapa de pré-tratamento, na qual os tipos e quantidades de insumos que serão utilizados irão depender do tipo de efluente gerado (efluentes contendo CN-, efluentes contendo Cr+6, efluentes contendo águas de arraste, efluentes contendo águas ácidas, etc) e da sua vazão diária. Após a etapa de pré-tratamento, os efluentes são encaminhados a um segundo tanque de 6000 litros, onde serão realizadas as etapas de neutralização e coagulação/floculação do efluente. Abaixo são descritas todas as etapas e procedimentos referentes a cada tratamento de efluentes realizado na estação da empresa. 4.4.2.1 Pré-tratamento – Oxidação do cianeto (CN-) No processo de oxidação do cianeto, na maioria dos casos onde são observadas pequenas instalações de tratamento, o reagente utilizado é o hipoclorito de sódio que contém de 11 a 13 % de cloro livre. Este tratamento é baseado na oxidação do cianeto com adição de excesso de cloro livre em presença do indicador orto-tolidina. A reação de oxidação nesse processo é a seguinte: CN- + OCl- CNO- + Cl- As etapas de pré-tratamento do efluente contendo CN- realizadas na indústria de galvanoplastia avaliada no presente trabalho são descritas abaixo: (1) Mede-se o pH; (2) Adiciona-se hidróxido de sódio (NaOH) de modo a ajustar o pH na faixa de 10,0 a 11,0; 39 (3) O sistema é mantido sob agitação; (4) Mede-se novamente o pH, caso o resultado estiver abaixo de 10,0, refaz-se as etapas 2 e 3; (5) Após ajuste do pH, adiciona-se hipoclorito de sódio e mantém o sistema sob agitação.Durante esse processo, o efluente sobrenadante deve ficar incolor; (6) Realiza-se o teste de cloro livre de preferência no efluente sobrenadante. O teste constitui basicamente na coleta de uma amostra do efluente. Com essa amostra em um tubo de ensaios adicionam-se duas gotas do indicador orto-tolidina a 0,5 %. A observação de uma coloração vermelha no tubo indica a presença de cloro livre, o que mostra que todo o cianeto foi teoricamente consumido no tratamento. Confirmado o excesso de cloro livre, esse efluente poderá ser transferido para o tanque de neutralização. O tempo de reação desse processo é em média em torno de 40 minutos, dependendo da vazão disponível. 4.4.2.2 Pré-tratamento – Redução do cromo hexavalente (Cr+6) Cromo hexavalente é facilmente reduzido para a forma trivalente mediante a dosagem de dióxido de enxofre (SO2), metabissulfito de sódio ou sulfato ferroso, este último, praticamente, não mais usado devido às quantidades de lodo gerado. O reagente mais encontrado em uso hoje é o metabissulfito de sódio (Na2S2O5). O metabissulfito de sódio em água forma bissulfito de sódio: Na2S2O5 + H2O 2NaHSO3 As etapas de pré-tratamento do efluente contendo Cr+6 realizadas na indústria de galvanoplastia avaliada no presente trabalho são descritas abaixo: (1) Mede-se o pH; (2) Adiciona-se ácido sulfúrico (H2SO4) de modo a ajustar o pH na faixa de 2,0 a 3,0; (3) O sistema é mantido sob agitação; (4) Mede-se novamente o pH, caso o resultado estiver acima de 3,0, refaz-se as etapas 2 e 3; 40 (5) Após ajuste do pH, adiciona-se metabissulfito de sódio até a redução total do cromo hexa para trivalente. A reação de redução ocorre em meio ácido, onde o bissulfito de sódio converte-se em ácido sulforoso e bissulfato de sódio: NaHSO3 + H2SO4 H2SO3 + NaHSO4 A redução de cromo hexavalente é rápida abaixo de pH 3,0: 2H2CrO4 -2 + 3H2SO3 Cr2(SO4)3 + 5H2O O fim da reação pode ser detectado visualmente pela cor azul final característica de cromo trivalente. Uma vez confirmada que não há a presença de cromo hexavalente, o efluente pode ser transferido para o tanque de neutralização. A Figura 9 mostra o efluente contendo Cr+6 (a) e após tratamento com metabissulfito de sódio (b). Figura 9 – Efluente contendo Cr+6 (a) e efluente após tratamento contendo Cr+3 (b). Fonte: Próprio autor (2021). 41 4.4.2.3 Pré-tratamento – Efluentes contendo águas de arraste As águas provenientes da transferência das peças entre os diferentes banhos galvânicos são tratadas a partir do conhecimento prévio de que nessas águas há a presença de cromo hexavalente e cianeto livre. Logo, no pré-tratamento dessas águas de arraste realiza-se primeiro o pré-tratamento do Cr+6 e em seguida do CN-, como descritos anteriormente. As águas classificadas como águas de arraste são tratadas com muito cuidado, pois nelas estão presentes todos os efluentes gerados na galvanoplastia e, consequentemente, todos os poluentes gerados no processo. No tratamento dessas águas de arraste o operador da estação de tratamento sempre deve ficar atento a coloração e ao pH dos efluentes gerados. Essas informações são importantes para determinar a dosagem de produtos químicos utilizados durante o pré-tratamento. 4.4.2.4 Pós-tratamento – Neutralização As correntes de efluentes pré-tratadas são unidas para a próxima etapa no processo de tratamento que, normalmente, é denominada “neutralização”. Dependendo do balanço de ácidos e alcalinos provenientes do pré-tratamento, é necessário dosar um reagente ácido ou um alcalino para alcançar o pH ótimo para a precipitação dos metais pesados presentes. No tanque de neutralização é onde irá ocorrer a mistura e homogeneização dos efluentes previamente tratados (Figura 10). As etapas de neutralização dos efluentes realizadas na indústria de galvanoplastia são descritas abaixo: (1) Mede-se o pH; (2) Adiciona-se ácido sulfúrico (H2SO4) ou hidróxido de sódio (NaOH) de modo a ajustar o pH na faixa de 8,0 a 9,0; (3) O sistema é mantido sob agitação de forma a homogeneizar a mistura; (4) Mede-se novamente o pH, caso o resultado estiver fora da faixa de 8,0 a 9,0, refaz-se as etapas 2 e 3. O tempo de reação dessa etapa de tratamento é de 5 a 10 minutos. 42 Figura 10 – Tanque de neutralização utilizado na estação de tratamento da indústria de galvanoplastia. Fonte: Próprio autor (2021). 4.4.2.5 Pós-tratamento – Coagulação/floculação A coagulação é o processo de agregação de partículas devido à desestabilização de partículas coloidais, e o transporte das mesmas, enquanto a floculação refere-se apenas a etapa de transporte das partículas. Portanto, floculação é parte integrante do processo de coagulação e não um processo distinto que ocorre após a etapa de coagulação (PONTE, 2014). As etapas de coagulação/floculação dos efluentes realizadas na indústria de galvanoplastia após a etapa de neutralização são descritas abaixo: (1) Prepara-se uma solução do agente floculante (Di-floculador) pela adição de 100 mL do reagente em 18 L de água. Mistura-se até a obtenção de uma solução viscosa. O auxiliar de floculação (Galvo Floc 90) pode ser preparado e adicionado na próxima etapa juntamente com o agente floculante. (2) Após confirmação da estabilidade do pH (8,0 a 9,0) adiciona-se a solução do agente floculante ao tanque de neutralização, onde a mistura é obtida por insuflamento de ar comprimido no tanque (aeração) durante 2 a 4 minutos. Antes de iniciar a etapa de floculação 43 é verificado se não há a presença de espuma. Em caso positivo é adicionado 500 mL de antiespumante de maneira a eliminar essa espuma e prosseguir com o processo de floculação. (3) Após esse tempo, o compressor é desligado e o sistema é deixado em repouso de maneira a ocorrer o processo de decantação dos sólidos; (4) Após esse período é verificado se ocorreu a formação de flocos e se estes estão sofrendo uma sedimentação no tanque. O líquido sobrenadante obtido após o processo de coagulação/floculação é chamado de líquido clarificado. Esse líquido, antes de ser descartado, passa por um filtro para eliminação de alguma espuma ou partícula maior que não foi eliminada no tanque de neutralização. Após a passagem por esse filtro o líquido é bombeado para descarte de maneira adequada. A Figura 11 mostra o líquido clarificado obtido após tratamento de efluente contendo cromo hexavalente (a) e o filtro utilizado para passagem do efluente (b) antes do descarte final no corpo hídrico. Figura 11 – Líquido clarificado obtido após tratamento de efluente contendo Cr+6 (a) e filtro utilizado para remoção de partículas ou espuma antes do descarte do efluente (b). Fonte: Próprio autor (2021). 44 O lodo (lama) proveniente da precipitação dos resíduos sólidos é encaminhado por bomba até um filtro-prensa para a realização do processo de desaguamento do lodo. A utilização de filtro-prensa nesse processo tem como principais vantagens: obtenção de uma torta com alta concentração de sólidos, qualidade do efluente liquido gerado e baixo consumo de produtos químicos para o condicionamento do lodo. O lodo gerado é classificado como resíduo perigoso, de acordo com a NBR 10.004, da ABNT e deve ser recolhido e descartado por uma empresa ambientalmente licenciada. A Figura 12 apresenta o filtro-prensa utilizado no processo (a) e o lodo obtido após secagem (b). Figura 12 – Filtro-prensa utilizado no processo de desaguamento do lodo gerado (b) e lodo gerado após secagem e armazenado para posterior descarte por empresa licenciada ambientalmente (b). Fonte: Próprio autor (2021). 4.4.3 VAZÃO DOS EFLUENTES GERADOS De acordo com a Resolução CONAMA n° 430 de 2011 e a norma técnica NT-202.R- 10 avazão de pico dos efluentes gerados não poderá ultrapassar 1,5 vezes a vazão média do período de atividade diária do agente poluidor. A vazão de efluentes líquidos tratados no período em que foi realizada a pesquisa variava em torno de 3 m3/dia. O volume total do 45 efluente industrial gerado é determinado a partir de leituras diárias iniciais e finais dos tanques de acúmulo, definindo assim o volume total que chega a ETE e a quantidade que foi tratada de cada tanque. 4.4.4 PARÂMETROS DE CONTROLE Os principais parâmetros ajustados e tratados que são controlados através de análises laboratoriais que estão presentes nos efluentes líquidos industriais gerados pela indústria de galvanoplastia, após tratamento, estão descritos na Tabela 4. Esses parâmetros devem atender aos limites máximos estabelecidos pela Resolução CONAMA n° 430 de 2011, a norma técnica NT-202.R-10 e a diretriz DZ-205.R-6. Tabela 4 – Principais poluentes avaliados no efluente gerado da indústria de galvanoplastia avaliada Parâmetros avaliados Valores máximos DQO < 3,0 kg/dia Surfactantes aniônicos 2 mg/L Sólidos suspensos totais (RFNT) - Cobre total 0,5 mg/L Cianeto livre 0,2 mg/L Níquel 1,0 mg/L Cromo total 0,5 mg/L Zinco 1,0 mg/L Material sedimentável 1,0 mL/L Óleos e graxas 20 mg/L pH 5,0 – 9,0 Fonte: Próprio autor (2021) 46 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 5.1 TRATAMENTO DOS EFLUENTES GERADOS A capacidade de tratamento dos efluentes provenientes das atividades de galvanoplastia da indústria analisada no presente trabalho é de 60 m3/mês, levando em consideração uma jornada de trabalho de 40 horas semanais e sabendo que a média diária de tratamento para um turno de 8 horas é de 3 m3/dia. As etapas e os tempos utilizados para realizar o ciclo de tratamento de efluentes contendo águas de arraste no reator, em um turno de trabalho estão especificados na Tabela 5. Nessas águas de arraste estão presentes todos os efluentes gerados no processo de galvanoplastia, como cromo hexavalente e cianeto livre. Tabela 5 – Ciclo de tratamento de efluentes contendo águas de arraste no reator por batelada Ciclo de Tratamento Tempo (min) % Enchimento do reator 15 26,00 Dosagem e homogeneização do metabissulfito 7 12,00 Dosagem e homogeneização do hipoclorito de sódio 9 15,50 Adição do difloculador (Floculação) 10 17,25 Decantação 10 17,25 Retirada do efluente tratado 7 12,00 Fonte: Próprio autor (2021) O ciclo de tratamento avaliado na Tabela 5 leva em consideração principalmente os pré-tratamentos de Cr+6 e CN-. Por meio da avaliação da tabela é possível mostrar que as etapas de floculação e decantação são responsáveis por 34,5 % do tempo utilizado para realizar o tratamento de 3 m3 de efluentes diários gerados. Logo, a avaliação de processos e do uso de produtos químicos capazes de reduzir o tempo de tratamento dessas etapas é muito importante na otimização dos processos realizados numa estação de tratamento de efluentes. 47 Além disso, a combinação de diferentes produtos pode contribuir também para a qualidade do efluente gerado. A Figura 13 mostra dois recipientes com os efluentes gerados após as etapas de coagulação/floculação/decantação. A Figura 13a apresenta o efluente tratado na presença do difloculador e do auxiliar de floculação (Galvo Floc 90), enquanto a Figura 13b mostra o efluente tratado apenas na presença do difloculador. Por meio da observação da Figura é possível notar que o efluente tratado na presença do auxiliar de floculação (Figura 13a) apresenta um sobrenadante mais transparente do que a amostra de efluente tratada apenas na presença do difloculador. Além disso, é possível perceber uma maior compactação dos flocos na presença do Galvo Floc 90. Como comentado anteriormente, o Galvo Floc 90 é um produto comercial que auxilia na floculação de sólidos em suspensão, na compactação dos flocos em um tempo menor, na adsorção de matérias orgânicas e na clarificação das águas no efluente final, além de aumentar o pH do efluente gerado. Figura 13 – Efluentes gerados após as etapas de Coagulação/floculação/decantação, fazendo o uso do Difloculador + Galvo Floc 90 (a) e apenas do Difloculador (b). Fonte: Próprio autor (2021). 48 Na Tabela 6 são apresentadas as características dos efluentes gerados no processo de galvanoplastia e tratados sem e na presença do auxiliar de floculação (Galvo Floc 90). Os resultados da caracterização dos efluentes gerados mostraram uma variação significativa em relação a alguns parâmetros analisados, principalmente DQO, níquel e cromo. No efluente tratado apenas na presença do difloculador e sem a adição do Galvo Floc 90, esses parâmetros se mostraram bem superiores aos apresentados pelo efluente tratado na presença do auxiliar de floculação. Além disso, dois parâmetros avaliados (níquel e zinco) estão com valores bem superiores aos padrões estabelecidos pela Resolução CONAMA 430 de 2011 e a norma técnica NT-202.R-10. Para o efluente tratado na presença do di-floculador e do Galvo Floc 90, todos os parâmetros avaliados estão abaixo dos valores máximos estabelecidos pela Resolução e pela Norma Técnica. Tabela 6 – Comparação dos parâmetros avaliados nos efluentes tratados sem o auxiliar de floculação (Galvo Floc 90) e com o auxiliar de floculação (Galvo Floc 90) Parâmetros avaliados Efluentes tratados sem o Galvo Floc 90 Efluentes tratados com o Galvo Floc 90 DQO 456 mg/L < 25 mg/L Surfactantes aniônicos 1,30 mg/L 0,13 mg/L Sólidos suspensos totais 9,0 mg/L 8,0 mg/L Cobre total <0,10 mg/L <0,10 mg/L Cianeto livre <0,05 mg/L <0,05 mg/L Níquel 13,68 mg/L <0,06 mg/L Cromo total 0,27 mg/L <0,10 mg/L Zinco 16,10 mg/L 0,16 mg/L Material sedimentável <0,5 mL/L <0,5 mL/L Óleos e graxas minerais <10 mg/L <10 mg/L pH 6,42 8,30 Fonte: Próprio autor (2021) 49 O pH do efluente tratado com o Galvo Floc 90 se mostra superior ao pH do efluente tratado apenas com o agente floculante, o que demonstra a função desse auxiliar de floculação em aumentar o pH do efluente tratado. O pH é um parâmetro importante no processo de coagulação/floculação uma vez que cada coagulante tem uma faixa ótima de operação. Em um pH superior ao do efluente a remoção de cor ocorre também devido a precipitação. A diferença significativa nos valores dos parâmetros avaliados dos efluentes gerados, não pode, com certeza, ser atribuída a presença do auxiliar de floculação, apesar desse produto auxiliar na compactação dos flocos, na adsorção de matérias orgânicas e na clarificação das águas no efluente final gerado. Essa diferença nos parâmetros avaliados dos dois efluentes pode ser atribuída também a produção de peças com tratamentos superficiais distintos, devido a diferença significativa na composição dos banhos (VAZ, 2009). Além disso, no presente trabalho, os dois efluentes avaliados (Tabela 6) foram coletados pelo laboratório de análise em diferentes períodos, como pode ser observado nos relatórios de análise gerados (Anexos C e D). Logo, esses efluentes podem apresentar diferentes características por serem efluentes derivados de diferentes processos realizados pela indústria avaliada. 50 6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES As principais conclusões deste trabalho são referentes a atual estação de tratamento de efluentes (ETE) da indústria metal-mecânica avaliada. Os principais assuntos observados foram relacionados aos tratamentos realizados nos efluentes industriais gerados na empresa, principalmente com relação às etapas de coagulação/floculação. Nessas etapas, os efluentes gerados foram tratados de acordo com duas diferentes metodologias: (a) na presença apenas de um agente floculante polimérico comercial (polieletrólito) e (b) na presençado agente floculante e de um auxiliar de floculação comercial (Galvo Floc 90). Nos ensaios preliminares realizados os reagentes comerciais testados mostraram-se eficientes na remoção de cor dos efluentes provenientes dos processos de galvanoplastia, principalmente quando foram testados os dois reagentes comerciais em conjunto. O uso do auxiliar de floculação proporcionou uma maior compactação dos flocos formados, além de aumentar o pH do efluente gerado. Essa característica leva a um menor tempo necessário para o processo de decantação dos sólidos gerados. A caracterização dos efluentes gerados após tratamento com as duas metodologias utilizadas mostrou variações significativas em alguns parâmetros avaliados, principalmente DQO, níquel e cromo. Esses parâmetros se mostraram bem superiores no efluente tratado apenas com o agente floculante comercial (Di-floculador). Para o efluente tratado na presença do agente floculante e do auxiliar de floculação, todos os parâmetros avaliados mostraram valores abaixo dos valores máximos estabelecidos pela Resolução CONAMA 430/2011 e Norma Técnica NT-202.R10, o que demonstra a eficiência do processo de tratamento dos efluentes. Apesar dos resultados obtidos com a caracterização dos efluentes mostrarem uma qualidade superior do efluente tratado na presença do agente floculante e do auxiliar de floculação, não é possível atribuir essa qualidade obtida do efluente a presença do Galvo Floc 90, devido aos efluentes avaliados terem sido coletados pelo laboratório de análise em períodos diferentes. 51 A partir da análise dos parâmetros e dos resultados obtidos e apresentados no presente trabalho, analisando a Resolução 430 de 2011 e a Norma Técnica NT-202.R10 para o lançamento de efluentes tratados a um corpo hídrico, pode-se afirmar que a ETE tem apresentado uma boa eficiência na remoção dos contaminantes presentes nos efluentes gerados pela indústria avaliada. Considerando os dados e informações levantadas, podem ser apontadas sugestões para o desenvolvimento de trabalhos futuros como a avaliação das etapas de coagulação/floculação de efluentes provenientes do mesmo processo de tratamento. Essas avaliações podem ser realizadas em escala de laboratório através de ensaios de coagulação/floculação em equipamentos Jar-Test. Além disso, podem ser utilizados diferentes agentes floculantes. 52 REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10.004/2004: Resíduos sólidos - Classificação. Biotemas, v. 18, n. 2, p. 7–18, 2004. BELOVA, L.; VIALKOVA, E.; GLUSHCHENKO, E.; BURDEEV, V.; PARFENOV, Y. Treatment of eletroplating wastewaters. In: Ecological and Biological Well-Being of Flora and Fauna, 2020, Russia, Anais EBWFF, 2020. BRAILE, P. M.; CAVALVANTI, J. E. W. A. Manual de tratamento de águas residuárias industriais. São Paulo: CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, 1993. BRANCO, G. K.; ZORZIN, L. Tratamento de efluente de matadouro e frigorífico de suínos por meio de coagulante orgânico. 2016. 35 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnólogo) – Tecnologia em Gestão Ambiental, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Medianeira, 2016. BRASIL. 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