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Água em condição supercrítica: uma tecnologia versátil para o tratamento de efluentes industriais e produção de hidrogênio

Publicado em 18/05/2021 às 10:27:09

Resumo

Os processos industriais trazem consigo uma importante preocupação: o manejo correto dos resíduos gerados sejam eles sólidos, líquidos ou gasosos. Dentre os diversos tipos de efluentes industriais (resíduos líquidos), os que são gerados em indústrias farmacêuticas produtoras de medicamentos hormonais ou em plantas produtoras de biodiesel se destacam pelo seu potencial poluidor e pela elevada carga orgânica, respectivamente. Logo, é fundamental realizar o tratamento adequado desses efluentes industriais, o que não ocorre em muitos dos processos convencionais utilizados em estações de tratamento de efluentes (ETE). É nesse cenário que o objetivo deste trabalho foi tratar amostras de efluentes hormonais (sintéticos (EHS) e industriais (EHI)), além de amostras de efluentes provenientes de uma planta produtora de biodiesel (EPB) utilizando o processo com água em condição supercrítica (SCWP), em um reator de fluxo contínuo na ausência de catalisadores, visando a degradação dos contaminantes e a obtenção de gás hidrogênio, gás de síntese e outros gases combustíveis. A utilização de amostras com composição química tão diferente se justifica pela intenção de avaliar a versatilidade do tratamento de efluentes industriais via SCWP tanto para fins ambientais quanto para fins energéticos. A fase líquida foi caracterizada pela determinação de parâmetros físico-químicos como carbono orgânico total (COT), Demanda Química de Oxigênio (DQO), Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), Óleos e Graxas (OG), pH, compostos nitrogenados, metais, dentre outros, além de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) para as amostras de EHS, espectrometria de massas (EM), e testes de fitotoxicidade com sementes de pepino (Cucumis sativus). A fase gasosa foi caraterizada por cromatografia gasosa (CG). Em relação à redução de COT, foi possível reduzir entre 80% e 90% de COT nas amostras de EHS para a maioria das condições de vazão de alimentação avaliadas a 700 °C e para as amostras de EHI foi obtido o valor máximo de 89,6% de redução de COT à maior temperatura avaliada. Nas amostras de EPB o valor máximo de redução de COT atingido foi de 98,8%. Os outros parâmetros físico-químicos analisados apontam para a mesma tendência: quanto maior a temperatura e o tempo espacial, maior será a eficiência do processo em relação à redução dos parâmetros físico-químicos. Os testes de fitotoxicidade frente às sementes de pepino, indicam uma redução significativa do efeito tóxico dos compostos químicos presentes nas amostras iniciais, em tratamentos a partir de 600 °C. Os resultados de espectrometria de massas apontam para a predominância de ésteres e ácidos graxos em ambas as amostras analisadas. A caracterização dos gases mostrou que a produção de gás hidrogênio se destaca dentre os outros gases, sendo que a quantidade produzida no tratamento de amostras de EPB (885,9 NmL(H2) /mL(EPB alimentado)) indicam diversas possibilidades do uso desse gás em processos industriais tais como Produção de Amônia, Produção de novos compostos via processo de Fischer-Tropsch, Células a combustível, Queima como combustível, Processos de fabricação de óleo vegetal hidrotratado (HVO), Tecnologias Power-to-X (PtX). Diante dos resultados é possível inferir que o tratamento de contaminantes orgânicos via SCWP é bastante promissor tanto para fins energéticos quanto para fins ambientais.

Introdução

O avanço tecnológico traz consigo benefícios em contraponto à um aumento da demanda energética, em grande parte, oriunda de combustíveis fósseis. Nesse sentido, o desenvolvimento de novas tecnologias para a geração de energia e o aprimoramento de processos sustentáveis para produção de combustíveis (vetores energéticos), com maior eficiência e baixo custo é fundamental.

As empresas que participam desse cenário de modernização da sociedade respondem pela geração de resíduos tóxicos em larga escala (sólidos ou líquidos), os quais devem ser tratados antes de sua disposição final. Dentre as atividades industriais potencialmente poluidoras, em especial no parque industrial do Estado de Goiás é possível destacar as indústrias farmacêuticas (hormônios e antibióticos), agroindústrias (alimentos, biodiesel, sucroalcooleira), cosméticas, de polímeros, de papel e celulose. Nesse cenário, a remoção/tratamento de contaminantes presentes em águas residuárias, viabilizando seu reuso, é fundamental não somente por questões ambientais como também para a sustentabilidade hídrica do setor industrial. A utilização desses resíduos como matéria prima para obtenção de compostos de interesse industrial e/ou energético deve ser considerada como alternativa de destinação final, agregando valor à cadeia produtiva (GUPTA et al., 2012; STEINLE-DARLING; SUTHERLAND; SALVESON, 2016).

Dentre as muitas tecnologias e alternativas para destinação final de resíduos orgânicos das mais diversas atividades, aquelas voltadas à obtenção de gases combustíveis (gás de síntese, hidrogênio e metano) é crescente no cenário mundial conforme constatado pelo número de estudos voltados à pirólise, pirólise rápida e a gaseificação hidrotermal com fluidos supercríticos. Em especial, nos processos de gaseificação hidrotermal, em que a biomassa entra em contato com a água na condição supercrítica, que atua não somente como solvente mas também como reagente no processo de oxidação de compostos orgânicos, a utilização de efluentes industriais contendo contaminantes persistentes surge como alternativa interessante tendo em vista a dispensa de tratamentos prévios e a alta carga orgânica presente (ABELLEIRA et al., 2013; MARRONE, 2013; ZHANG et al., 2016).

Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo principal propor o tratamento de efluentes industriais (hormonais e agroindustriais) empregando-se água na condição supercrítica, no intuito de adequá-los aos padrões regionais de emissão em redes coletoras além da possibilidade de gerar hidrogênio e/ou gás de síntese como produtos do processo.

Autor: Thiago Soares Silva Ribeiro.

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