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Utilização de resíduo líquido de galvanoplastia no tratamento de efluentes através de processo fenton

Resumo

O setor industrial apresenta grande participação na poluição das águas. Poluentes complexos, como fenóis, matéria orgânica recalcitrante, corantes e metais pesados necessitam de tratamentos eficientes e específicos. Os processos oxidativos avançados (POA) estão entre as melhores alternativas para o tratamento de efluentes com poluentes de difícil degradação. Dentre os diversos POA, o processo Fenton se destaca, se mostrando um tratamento eficaz na degradação de diferentes contaminantes. Contudo, ainda existem limitações neste processo, como o elevado custo com insumos. A partir disso, o objetivo principal deste estudo foi avaliar o potencial de um resíduo líquido de indústria galvânica como regulador de pH e fonte de íons de ferro para o processo Fenton, utilizando três efluentes diferentes: efluente com fenol, efluente têxtil e lixiviado de aterro sanitário. Foi realizado um planejamento fatorial experimental, resultando para cada um dos três efluentes 10 ensaios com um ponto central com duas variáveis independetes definidas: dosagem de ácido galvânico (AG) e dosagem de peróxido de hidrogênio (H2O2). Os ensaios foram realizados em um teste de jarros, com uma agitação rápida de 120 rpm para as reações de oxidação, seguida de neutralização de pH da mistura com agitação lenta a 20 rpm finalmente seguida de sedimentação. Os metais foram quantificados nos efluentes brutos e tratados por meio de espectrometria de absorção atômica por chama (FAAS). Ainda foi testado fitotoxicidade dos efluentes brutos e tratados com sementes de Lactuca sativa. As eficiências foram de 100% para remoção de fenol, 97% de remoção de cor e turbidez para o efluente têxtil e 76% de remoção de DQO para lixiviado de aterro sanitário. Os ensaios do efluente contendo fenol cumprem os parâmetros exigidos pela resolução CONAMA nº 430/2011. Tanto o efluente têxtil quanto o lixiviado de aterro sanitário apresentaram metais acima do limite permitido pela resoldução 430, necessitando de tratamentos posteriores específicos para a retirada de metais. Quanto à toxicidade, os efluentes tratados contendo fenol indicaram índice de germinação atóxica e baixas inibições de crescimento em sua maioria. O efluente têxtil bruto e alguns dos efluentes tratados com as diferentes dosagens de AG e H2O2 apresentaram toxicidade elevada, principalmente em respeito aos efeitos letais (germinação), enquanto que um dos efluentes tratados se mostrou atóxico. Todos os efluentes de lixiviado se mostraram tóxicos às sementes, resultado já esperado, pois mesmo atingindo reduções de 76% de DQO, o mesmo ainda necessitaria de tratamentos complementares, podendo o processo Fenton servir como tratamento preliminar, por exemplo. O tratamento de efluentes pelo processo Fenton utilizando o ácido galvânico como fonte íons de ferro e regulador de pH se mostrou eficaz e viável para aplicação. Em alguns dos efluentes, as quantidades de metais extrapolaram os limites definidos pela resolução CONAMA nº 430, sendo necessário um estudo posterior em mais detalhes para a verificação da necessidade de tratamentos adicionais específicos para retirada de metais.

Introdução

A Organização das Nações Unidas (ONU), em sua agenda 2030 para o desenvolvimento sustentável, define 17 objetivos baseados em três pilares: econômico, social e ambiental. Apesar de integrados e indivisíveis, dentre os objetivos ambientais mais pertinentes para esse trabalho, citam-se: água potável e saneamento (objetivo 6); cidades e comunidades sustentáveis (objetivo 11); consumo e produção responsáveis (objetivo 12) e vida na água (objetivo 14). Em discrepância com esses objetivos, a falta de emprego da gestão ambiental em diversas indústrias resulta em grandes quantidades de águas residuais industriais lançadas no meio ambiente de maneira indevida, causando sérios impactos e desequilíbrios ambientais (GILPAVAS, CORREA-SÁNCHEZ, ACOSTA, 2019; ROCKSTRÖM et al., 2009; JACKSON, 2009; MEADOWS et al., 2004; WWF, 2014). Aterros sanitários e indústrias de diferentes ramos, como o têxtil e metal-mecânico podem gerar efluentes muito difíceis de se tratar, por possuírem poluentes como metais pesados, matéria orgânica recalcitrante e outras substâncias tóxicas e carcinogênicas (BABUPONNUSAMI; MUTHUKUMAR, 2011).

Devido ao fato dos sistemas convencionais biológicos apresentarem limitações de tratamento para compostos de difícil degradação (DE BARROS et al., 2020; ZHANG et al., 2019; GILPAVAS, CORREA-SÁNCHEZ, ACOSTA, 2019; VERMA, HARITASH, 2019), os processos oxidativos avançados (POA) entram em evidência como boas alternativas para a degradação de poluentes resistentes aos processos biológicos (BEHROUZEH et al., 2020). Oxidação fotoquímica, sonoquímica, eletroquímica, processos UV-H2O2 e processos Fenton, são alguns dos POA que tem sido amplamente utilizados para a remoção de poluentes orgânicos e inorgânicos complexos (ZHANG et al., 2019; BOKARE, CHOI, 2014; SHARMA, AHMAD, FLORA, 2018).

Dentre os diversos POA, o processo Fenton é considerado o mais popular devido a algumas vantagens, como uma ampla diversidade de aplicações, eficiência de tratamento para diferentes tipos de contaminantes, operação simples, rápida degradação e mineralização dos contaminantes (CHEN et al., 2011; WANG et al., 2016). Contudo, apesar do processo Fenton ser uma alternativa viável para o tratamento de águas residuais contendo diferentes poluentes, esse método apresenta algumas desvantagens, como: elevado custo, pH ideal de operação restrito (na faixa de 3) e necessidade de alta quantidade de íons de ferro (GILPAVAS, CORREA-SÁNCHEZ, ACOSTA, 2019; DONADELLI et al., 2018; SEGURA et al., 2015). Portanto, alternativas para minimizar as desvantagens do processo Fenton vem sendo estudadas, como propõem GilPavas, Correa-Sánchez e Acosta (2019), ao utilizarem ferro derivado de sucata como fonte de íons férricos (Fe3+) para o desencadeamento das reações, demonstrando eficiência na remoção de corantes em efluente têxtil em um processo Fenton heterogêneo. Logo, a utilização de subprodutos para tentar contornar essas limitações, é considerada uma alternativa tecnológica mais atraente (BAUTISTA et al., 2008).

Atualmente, a atividade de galvanoplastia é largamente difundida e se faz presente em diversos ramos da indústria e comércio, tanto para fins de resistência a corrosão quanto para fins decorativos e de acabamento (PIROŠKOVÁ et al., 2012; BAO et al., 2016; WIERCINSKI, 2015). O processo de galvanização por imersão a quente possui uma sequência de etapas envolvendo líquidos extremamente ácidos e básicos, e dentre essas etapas o ácido de decapagem gera quantidade considerável de resíduo líquido contendo aproximadamente 60 a 150 g L-1 de ferro, dentre outros metais presentes (BAO et al., 2016; COOK et al., 2011; STOCKS, WOOD, GUY, 2005).

No âmbito da Gestão Ambiental, dois conceitos modernos são a cada dia mais utilizados pela comunidade científica, entidades governamentais, organizações e empresas. São eles: economia circular e análise de ciclo de vida (ACV). Ambos são termos abrangentes que conversam entre si juntamente com o conceito de sustentabilidade. Economia circular pode ser definida como um sistema regenerativo que procura a minimização de recursos, resíduos, emissões e energia (GEISSDOERFER et al., 2017). Segundo a organização sem fins lucrativos Circle Economy (2008), um dos 7 elementos-chave para uma economia circular é a reutilização de resíduos como insumo para outros processos. Já a análise de ciclo de vida, consiste na técnica de avaliar aspectos ambientais e potenciais impactos associados a determinados produtos, processos ou serviços a partir de uma estimativa detalhada de impactos ambientais cumulativos resultantes, levando em consideração cada matéria prima e estágios do processo (EPA, 2006).

Desta forma, com o presente trabalho pretendeu-se abordar a utilização do resíduo líquido de uma das etapas do processo de galvanoplastia (decapagem), a fim de utilizá-lo como insumo no processo Fenton, visto que o resíduo é rico em íons de ferro e possui pH extremamente ácido, dois importantes elementos necessários para desencadear as reações Fenton. Para tal, foram conduzidos ensaios de bancada avaliando três efluentes distintos: efluente com fenol, efluente têxtil e lixiviado de aterro sanitário, avaliando as eficiências de remoção por meio de medição de diferentes parâmetros para cada efluente antes e depois da aplicação do tratamento. Uma vez demonstrado eficiente, um novo viés em respeito a ACV sobre o resíduo ácido de decapagem pode ser empregado, agregando valor a um resíduo que antes era descartado gerando impactos e promovendo portanto a economia de recursos ambientais bem como financeiros.

Autor: Lucas Rollin Hilsendeger.

 

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