efluente têxtil_1

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
Centro de Ciências Tecnológicas da terra e do mar
disciplina de remedição ambiental
APLICAÇÃO DE FENTON E ELETROFLOCULAÇÃO NO TRATAMENTO DE EFLUENTE TÊXTIL
Itajaí
2017.
scheila borinelli
APLICAÇÃO DE FENTON E ELETROFLOCULAÇÃO NO TRATAMENTO DE EFLUENTE TÊXTIL
Trabalho Acadêmico Científico apresentado como nota parcial à disciplina de Remediação Ambiental do curso de Engenharia Ambiental e Sanitária da Universidade do Vale do Itajaí.
Professor: Renan Chiprauski Testolin.
Itajaí
2017.
1 INTRODUÇÃO
	Nos últimos anos, a problemática de contaminações dos recursos hídricos atingiu grandes proporções e as indústrias têxteis possuem grande colaboração neste cenário em razão do descarte dos banhos de tingimento residuais em corpos de água receptores, assim como, dos poluentes provenientes destes banhos de tingimento que podem sem classificados como substâncias potencialmente tóxicas segundo Kao (2001). Peixoto (2013) ressalta que o efluente da indústria têxtil tem sido taxado como o mais poluente entre os setores industriais em termos de volume e composição. 
	O efluente têxtil se caracteriza por possuir grande quantidade de sólidos suspensos, concentrações elevadas de DQO, significativa quantidade de metais pesados, compostos orgânicos clorados e surfactantes (ARAUJO e YOKOYAMA, 2006). Alguns corantes utilizados no tingimento possuem um baixo nível de fixação, liberando assim uma significativa quantidade de corante juntamente com a água utilizada no processo, de acordo com Peixoto (2013) muitos destes são tóxicos, mutagênico e carcinogênico. 
	Cogorni et al. (2014) afirma que o pH do banho de tingimento pode afetar o comportamento dos corantes de várias maneiras, podendo converte-lo em uma forma mais solúvel por ionização do grupo hidroxila e provocar mudança no comportamento durante o tingimento e até na sua tonalidade.
	Existe uma grande variedade de métodos físicos, químicos e biológicos disponíveis para o tratamento de águas residuais provenientes de diversas atividades humanas, estes tratamentos têm como objetivo realizar a transferência de fase do material de interesse contido no efluente e, se possível, transformar substâncias que possuem elevado grau de toxicidade em compostos inertes (NETO et al.,2011).
	O tratamento eletroquímico surge como uma alternativa para realizar a oxidação do material de interesse e não apenas a sua transferência de fase como ocorre nos métodos convencionais, diversos estudos mostram que se pode alcançar elevada eficiência de degradação com esta técnica, outros formas de tratamento com bastante destaque são os processos oxidativos avançados (POA), definidos como processos nos quais o radical hidroxila é o principal oxidante envolvido, esse radical é um poderoso oxidante que conduz a um processo bastante eficaz. Os POAS mais utilizados são: Fenton e foto-Fenton, a fotocatálise e fotocatálise heterogênea e a ozonização. Uma grande vantagem dessas metodologias de tratamento de poluentes orgânicos é o fato de não produzirem subprodutos particulados que necessitam de uma disposição final especial (NETO et al.,2011).
2 OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Avaliar a eficiência de processos avançados de tratamento de efluentes sintéticos, oriundos da indústria têxtil, na degradação de corantes azul turquesa e vermelho-escuro. 
2.2 Objetivos Específicos
· Avaliar a performance dos métodos de Fenton e Eletrofloculação no tratamento de efluentes oriundo da indústria têxtil;
· Definir o efeito dos parâmetros operacionais (voltagem e amperagem da corrente aplicada e cinética) na eficiência do processo de eletrofloculação para aplicação no tratamento de efluentes líquidos bruto; 
· Definir o efeito dos parâmetros operacionais (pH e concentração de peróxido de hidrogênio) na eficiência do processo de Fenton para aplicação no tratamento de efluentes líquidos bruto e tratado; 
· Comparar a eficiência obtida com a aplicação dos dois métodos na degradação de corantes com resultados obtidos em outros trabalhos;
· Determinar o método mais eficiente para o tratamento desse tipo de efluente;
· Realizar a análise econômica do processo sob as condições otimizadas de tratamento.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Fenton
Para realizar o experimento de Fenton foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos:
· Beckers;
· Jar Test;
· Espectrofotômetro;
· Proveta;
· Centrífuga;
· Micropipeta;
· Cubeta; e
· Tubetes.
Utilizou-se neste trabalho dois tipos de efluentes têxteis, um de coloração azul turquesa e a outro de coloração vermelho-escuro. Os efluentes foram submetidos a diferentes parâmetros operacionais (pH, tempo de tratamento e concentração do oxidante peróxido de hidrogênio) para definir os efeitos desses na eficiência do processo de Fenton. Foram realizados ensaios com concentrações de peróxido de hidrogênio (H202), em μL/200 mL, de 0, 15, 25, 50, 150 e 200 e pH de 3, 5 e 7.
Após o preparo das amostras em função da concentração, os béckeres foram colocados em um aparelho Jar-Test que realizou a agitação das amostras durante 30 minutos com velocidade lenta, com a finalidade de facilitar a formação de flocos. Em seguida, foram adicionadas alíquotas das amostras em tubetes e estas foram inseridas em uma centrífuga para forçar a sedimentação dos sólidos presentes, cada amostra permaneceu 5 minutos dentro da centrifuga. Por último, realizou-se a leitura da absorbância de cada amostra através de um espectrofotômetro. 
3.2 Eletrofloculação
Para realizar o experimento de Eletrofloculação foram utilizados os seguintes materiais e equipamentos:
· Béquer;
· Tubete de laboratório;
· 2 pregos;
· Garras do tipo “jacaré”;
· Suporte metálico;
· 2 fios de cobre;
· Fonte de alimentação (Fonte de alimentação Modelo FA- 3050);
· Centrífuga de laboratório (Baby I Centrifuge Mod. 206)
· Espectrofotômetro. 
Utilizou-se dois tipos de efluentes têxteis, um de coloração azul turquesa e o outro de coloração vermelho-escuro. Os efluentes foram submetidos a diferentes parâmetros operacionais (voltagem e amperagem da corrente aplicada e cinética) para definir os efeitos desses na eficiência da técnica de eletrofloculação.
As amostras foram adicionadas em béckers de 150 ml e em seguida foi colocado no interior de cada bécker um suporte metálico ligado a 2 pregos que estavam conectados a uma fonte de corrente continua através de fios de cobre. Foram realizados ensaios com voltagens de 10, 20 e 30 V, amperagens de 1, 2 e 3 A e tempos de tratamento de 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 minutos.
 Depois de realizada a eletrofloculação, foram retiradas alíquotas em triplicata de 5ml e adicionados em tubetes, após, as alíquotas foram colocas na centrífuga de laboratório, com tempo de 5min com rotação de 4500 rpm. Após a centrifugação, as alíquotas foram colocas no espectrofotômetro, para a leitura da cor. 
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 FENTON
4.1.1 Efluente 1
Pode-se observar através da tabela 1, que o efluente 1 submetido a diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio e ao potencial de hidrogênio igual a 3, resultou em valores de absorbância estaticamente diferentes, com exceção das absorbâncias das concentrações de 15 e 25 μL H2O2/200mL (grupo b). Sendo importante destacar, que o pH ótimo do método, que garante uma reação eficiente situa-se entre 3 e 5. Na figura 1 nota-se que o método mostrou-se mais eficiente com maiores concentrações de H202, a maior eficiência na remoção do poluente alcançada foi de 51,7% utilizando uma concentração de 200 μL H2O2/200mL.
Tabela 1: Agrupamento do teste Tukey efluente 1 pH 3
	Fator
	Média
	Grupos
	B.3
	1,6654
	a
	15.3
	1,3614
	b
	25.3
	1,3444
	b
	50.3
	1,2688
	c
	100.3
	1,1224
	d
	150.3
	0,9636
	e
	200.3
	0,804
	f
Figura 1- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
O efluente 1 submetido ao pH igual a 5 resultou em médias de absorbância estaticamente diferentes, conforme pode ser visto na tabela 2. Neste caso, o método também mostrou-se mais eficiente na remoção dopoluente utilizando a concentração de 200 μL H2O2/200mL, na qual garantiu uma eficiência de 55%, desta forma foi possível obter uma melhor eficiência utilizando o pH 5 do que o pH 3, ambos ideais da técnica, porém, o primeiro está dentro do exigido para lançamento de efluente no corpo receptor segundo a Resolução do Conama nº 430/2011 e próximo ao mínimo estabelecido pela Lei 14.675/2009.
Tabela 2: Agrupamento do teste Tukey efluente 1 pH 5
	Fator
	Médias
	Grupos
	B.5
	1,8698
	a
	15,5
	1,557
	b
	25,5
	1,4944
	c
	50,5
	1,338
	d
	100,5
	1,1234
	e
	150,5
	1,0176
	f
	200,5
	0,8416
	g
Figura 2- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
	Quando submetido ao pH igual a 7, valor acima do ideal da técnica, porém, dentro do limite estabelecido pela Resolução Conama n°430/2011 e pela Lei 14.675/2009, para fins de lançamento, todas as médias de absorbâncias foram estaticamente diferentes e assim como nos casos anteriores, a concentração de peróxido de hidrogênio (H202) que gerou uma maior eficiência na remoção do poluente foi de 200 μL H2O2/200mL, aproximadamente 63,4% de eficiência, alcançando assim resultados melhores do que aquelas alcançados com os pH’s ideias da técnica (3-5).
Tabela 3: Agrupamento do teste Tukey efluente 1 pH 7
	Fator
	Médias
	Grupos
	B.7
	1,6654
	a
	15,7
	1,4018
	b
	25,7
	1,3228
	c
	50,7
	1,148
	d
	100,7
	1,052
	e
	150,7
	0,7698
	f
	200,7
	0,6094
	g
Figura 3- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
4.1.2 Efluente 2
Pode-se observar através da tabela 4, que o efluente 2 submetido a diferentes concentrações de peróxido de hidrogênio (H2O2) e ao pH igual a 3, que todas as médias de absorbância deram valores estaticamente diferentes. Diferente do efluente 1, a eficiência de remoção do poluente aumentou para todas as concentrações de peróxido de hidrogênio, chegando a alcançar 92,7% de eficiência utilizando 200 μL H2O2/200mL, sendo este muito próximo da eficiência gerada utilizando 150 μL H2O2/200mL que foi de 91,2%, desta forma o uso da concentração de 150 μL/200mL mostra-se mais viável economicamente.
Tabela 4: Agrupamento do teste Tukey efluente 2 pH 3
	Fator
	Médias
	Grupos
	B.3
	1,8976
	a
	15.3
	1,2214
	b
	25.3
	1,0854
	c
	50.3
	0,5324
	d
	100.3
	0,26
	e
	150.3
	0,1662
	f
	200.3
	0,1382
	g
Figura 4- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
 Quando submetido ao pH igual a 5, todas as médias de absorbância do efluente 2 foram estaticamente diferentes, conforme pode ser visto na tabela 5. Assim como no caso anterior, a maior eficiência foi alcançada com a concentração de 200 μL H2O2/200mL, contudo utilizando a concentração de 150 μL H2O2/200mL foi possível chegar em uma eficiência de 91% pouco abaixo da máxima alcançada que foi de 92,4%.
Tabela 5: Agrupamento do teste Tukey efluente 2 pH 5
	Fator
	Médias
	Grupos
	B.5
	1,9466
	a
	15.5
	1,483
	b
	25.5
	1,0594
	c
	50.5
	0,5344
	d
	100.5
	0,288
	e
	150.5
	0,1744
	f
	200.5
	0,1464
	g
Figura 5- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
	Quando submetido ao pH igual a 7, pode-se observar através da tabela 6, que todas as médias de absorbância tiveram valores estaticamente diferentes. Em relação à eficiência na remoção do poluente, a máxima alcançada foi de 93,5% usando uma concentração de 200 μL H2O2/200mL, entretanto, como nos casos anteriores a concentração de 150 μL H2O2/200mL gerou uma eficiência muito próxima a máxima, com o beneficio econômico de necessitar de menos oxidante.
Tabela 6: Agrupamento do teste Tukey efluente 2 pH 7
	Fator
	Médias
	Grupos
	B.7
	1,8976
	a
	15,7
	1,3168
	b
	25,7
	1,1052
	c
	50,7
	0,5554
	d
	100,7
	0,2674
	e
	150,7
	0,1698
	f
	200,7
	0,1224
	g
Figura 6- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
4.2 ELETROFLOCULAÇÃO
4.2.1 Efluente 1 - Azul Turquesa
	Observa-se na tabela 7, que o efluente de cor azul turquesa quando submetido ao método de eletrofloculação para remoção dos poluentes, apresentou nos tempos de 0 (zero) a 25 minutos valores estatisticamente diferentes de absorbância dos poluentes, e no tempo de 35 minutos se equiparou estatisticamente aos tempos de 30, 40 e 45 minutos de concentração do poluente. A figura 7, apresenta a taxa eficiência da remoção do corante em função do tempo. A taxa de eficiência no tempo de 25 minutos foi de 96,13 % na remoção do poluente em 150 ml de efluente pelo método de eletro floculação e em 45 minutos, obteve-se a taxa de eficiência de 98,60%. Levando em consideração que a diferença do percentual de eficiência na remoção do poluente entre o tempo de 20 e 45 minutos foi de aproximadamente 2,5%, é viável economicamente para a empresa que a que seja feito o processo de remoção no tempo de 20 minutos, apresentando assim uma economia de R$ 3.900,00 /mês para tratar 10.000 litros de efluente azul turquesa.
Tabela 7: Agrupamento do teste Tukey Efluente Azul Turquesa
	Fator
	Médias
	Grupos
	0
	1,6288
	a
	10
	1,31
	b
	15
	1,2376
	c
	20
	0,7402
	d
	25
	0,1048
	e
	30
	0,078
	f
	35
	0,063
	fg
	40
	0,0526
	g
	45
	0,0444
	g
 Figura 7- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
	De acordo com análise estatística do efluente têxtil com corante azul turquesa pelo método de ensaio através de diferentes amperagens (1, 2 e 3 A), a tabela 8 apresenta valores semelhantes de absorbância para 2 e 3 A. A taxa de eficiência do tratamento pelas amperagens (1, 2, 3 A), tem valores equivalentes 98%. (Figura 8)
Tabela 8: Agrupamento do teste Tukey - por Amperagens Efluente Azul Turquesa - 
	Fator
	Médias
	Grupos
	3
	0,0528
	a
	2
	0,052
	a
	1
	0,0412
	b
 Figura 8- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
 
 Foi avaliado estatisticamente pelo teste Tukey, a absorbância pela alteração da voltagem (10, 20, 30 V) na Fonte de Alimentação FA-3050, e notou-se que os valores da absorbância se diferem de acordo com a voltagem (Tabela 9), já a taxa de eficiência do tratamento por eletrofloculação em função de cada voltagem apresentou melhor eficiência com 20 V – 97,03%, na sequência o de 30 V, com eficiência de 96,89 %. (Figura 9)
Tabela 9: Agrupamento do teste Tukey pela Amperagem - Efluente Azul Turquesa. 
	Fator
	Médias
	Grupos
	30
	1839,865
	a
	 20
	1226,3681
	b
	 10
	612,8712
	c
	
 Figura 9- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
4.2.2 Efluente 2 - Vermelho
O efluente com corante de cor vermelha quando submetido ao método de eletrofloculação para remoção dos poluentes, apresentou nos tempos de 0 (zero) a 45 minutos valores estatisticamente diferentes de absorbância dos poluentes, conforme apresentado na tabela 10. A figura 10, apresenta a taxa eficiência da remoção do corante em função do tempo. As melhores taxas de eficiência na remoção do poluente em 150 ml de efluente pelo método de eletro floculação foram nos tempos de 40 e 45 minutos com eficiência de 71,02 % e 74,91%. Levando em consideração que a diferença do percentual de eficiência na remoção do poluente entre o tempo de 40 e 45 minutos foi de aproximadamente 3,89%, é viável economicamente para a empresa o processo de remoção no tempo de 40 minutos, apresentando assim uma economia de R$ 761,04 /mês para tratar 10.000 litros de efluente vermelho.
Tabela 10: Agrupamento do teste Tukey Efluente vermelho
	Fator
	Médias
	Grupos
	 0
	1,9654
	a
	10
	1,7978
	b
	15
	1,7302
	c
	20
	1,513
	d
	25
	1,1574
	e
	30
	1,0184
	f
	35
	0,9342
	g
	40
	0,84
	h
	45
	0,7266
	i
 
 
Figura 10 - Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
De acordo com análise estatística do efluente têxtil com corante azul turquesa pelo método de ensaio através de diferentes amperagens (1, 2 e 3 A), a tabela 11 apresenta valores distintos de absorbância para amperagens(1, 2 e 3 A). A taxa de eficiência do tratamento pelas amperagens (1, 2, 3 A), tem valores equivalentes 98%. (Figura 11)
Tabela 11: Agrupamento do teste Tukey - por Amperagens Efluente corante vermelho - 
	Fator
	Médias
	Grupos
	 3
	0,712
	a
	2
	0,695
	b
	1
	0,4528
	c
 
 Figura 11- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
 Na avaliação estatisticamente pelo teste Tukey, a absorbância pela alteração da voltagem (10, 20, 30 V) na Fonte de Alimentação FA-3050, e notou-se que os valores da absorbância se assemelham nas voltagens 20 e 30 (Tabela 12), já a taxa de eficiência do tratamento por eletrofloculação em função de cada voltagem apresentou melhor eficiência com 20 V – 67,63%, na sequência o de 30 V, com eficiência de 67,53 %. (Figura 12)
Tabela 12: Agrupamento do teste Tukey pela Amperagem - Efluente corante vermelho. 
	Fator
	Médias
	Grupos
	10
	1,7062
	a
	 30
	0,9416
	b
	 20
	0,9386
	b
	
 
 
 Figura 12- Taxa de Eficiência na remoção de poluente. Fonte: Os autores (2017)
	
4.3 CURVA DE CALIBRAÇÃO
4.3.1 Cálculo da curva de calibração
4.3.2 Cálculos das concentrações em relação a curva de calibração
4.4 Comparação com a bibliografia
5 Viabilidade Técnica
 REFERÊNCIAS
AQUINO NETO, Sidney de et al. Tratamento de resíduos de corante por eletrofloculação: um experimento para cursos de graduação em química. Química Nova, v. 34, n. 8, p. 1468-1471, 2011
ARAUJO, F. V. F.; YOKOYAMA, L. Remoção de cor em soluções de corantes reativos por oxidação com H2O2/UV. Revista Química Nova, v. 29, n. 1, p. 11-14, 2006.
COGORNI, A.; CORREIA, C.H.G.; FRANÇA, P.H.; LICODIEDOFF, S.; KOSLOWSKI, L.A.D. Water reuse in the textile industry´s dyeing process. 4º Congresso Internacional de Tecnologias para o Meio Ambiente, Anais do Congresso Internacional de Tecnologia para o meio Ambiente, INSS 2177-2916. v. 1. p. 1-7, abr. 2014.
PEIXOTO, F., MARINHO, G., RODRIGUES, K. Corantes Têxteis: Uma Revisão. Revista Holos, Ano 29, v. 5. p. 98-106, 2013.
KAO, C. M.; CHOU, M.; FANG, W.L.; HUANG, B. Regulating colored textile wastewaters by 3/31 wavelength ADMI methodsin Taiwan. Chemosfere. V.44. p. 1055-1063, 2001.
Taxa de remoção do poluente para pH=5
15.5	25.5	50.5	100.5	150.5	200.5	23.815884105620057	45.57690331860681	72.547005034418987	85.	204972773040168	91.040789068118769	92.479194492962094	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)
Taxa de remoção do poluente para pH=7
15.7	25.7	50.7	100.7	150.7	200.7	30.607082630691394	41.758010118043849	70.731450252951092	85.908516020236092	91.051854974704895	93.549747048903882	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)
Taxa de remoção do poluente para pH=3
15.3	25.3	50.3	100.3	150.3	200.3	18.25387	2943437003	19.274648733037097	23.81409871502342	32.604779632520703	42.140026420079252	51.723309715383685	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)
Taxa de remoção do poluente para pH=5
15.5	25.5	50.5	100.5	150.5	200.5	16.729061931757414	20.077013584340577	28.441544550219277	39.9187078	8319607	45.577067065996374	54.98983848539951	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)
Taxa de remoção do poluente para pH=7
15.7	25.7	50.7	100.7	150.7	200.7	15.828029302269726	20.571634442176034	31.067611384652324	36.831992314158	761	53.77687042152035	63.408190224570667	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)
Taxa de remoção do poluente para pH=3
15.3	25.3	50.3	100.3	150.3	200.3	35.634485666104553	42.801433389544677	71.943507588532881	86.298482293423277	91.241568296795947	92.71711635750421	Concentração H202 (μL/200 mL)
Eficiência (%)