PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE QUÍMICA
SABRINA LIMA MURUSSI
ESTUDO COMBINADO DE ELETROCOAGULAÇÃO E
ULTRAVIOLETA NO TRATAMENTO DE EFLUENTE OLEOSO DE
UMA INDÚSTRIA DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
Foz do Iguaçu-PR
2017
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Eficiência do Tratamento por Eletrocoagulação e Radiação Ultravioleta em Águas Residuárias, Teses (TCC) de Química
Um estudo sobre o tratamento de efluentes usando eletrocoagulação combinada com radiação ultravioleta (ec-uv). O objetivo é verificar se este processo mantém os parâmetros físico-químicos e microbiológicos necessários para que o efluente possa ser lançado em corpos d’água ou reutilizado. O documento discute as vantagas e desvantagas do tratamento ec-uv, as aplicações da radiação uv no tratamento de águas residuárias e a importância do tratamento de efluentes para garantir a qualidade de lançamento em corpos receptores e a possibilidade de reutilização.
Tipologia: Teses (TCC)
2021
1 / 21
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PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO DE QUÍMICA
SABRINA LIMA MURUSSI
ESTUDO COMBINADO DE ELETROCOAGULAÇÃO E
ULTRAVIOLETA NO TRATAMENTO DE EFLUENTE OLEOSO DE
UMA INDÚSTRIA DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
Foz do Iguaçu-PR 2017
SABRINA LIMA MURUSSI
ESTUDO COMBINADO DE ELETROCOAGULAÇÃO E
ULTRAVIOLETA NO TRATAMENTO DE EFLUENTE OLEOSO DE
UMA INDÚSTRIA DE EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE SOJA
Trabalho de Conclusão de Curso, sob a forma de Artigo Científico, apresentado a Universidade Candido Mendes (UCAM), como requisito obrigatório para a conclusão do curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Ensino de Química. Orientador(a): Profa. Dra. Samia Paula Santos Neves Oliveira. Foz do Iguaçu-PR 2017
Este modo de ensino não é mais aceito pela comunidade científica atual. Atualmente existem pesquisas sob a temática da educação para a cidadania e que tem como principal objetivo preparar o cidadão para o mundo científico-tecnológico (SANTOS; SCHNETZLER, 1997; SANTOS; MORTIMER, 2002). Percebe-se então a necessidade de os futuros educadores em química (re) criar novas propostas de ensino com aulas inovadoras buscando despertar nos alunos o interesse pelas ciências, conscientizando os jovens de sua importância para a vida. Para Áttico Chassot (1995) o ensino de química deve ser voltado ao desenvolvimento do exercício da cidadania, para que enquanto cidadão-aluno tenham possibilidades de entender as transformações químicas que ocorrem à sua volta, tendo capacidade de sobreviver e participar ativamente desta sociedade. Pensando nesta proposta, buscou-se realizar um trabalho que possibilitasse aos alunos entender a importância da água e a necessidade de desenvolver métodos eficientes para o tratamento de águas residuárias e industriais, pois estes efluentes possuem uma grande quantidade de matéria orgânica e inorgânica, apresentando conforme a matéria prima produzida contaminação tanto microbiológica quanto contaminantes orgânicos como proteínas, açúcares, óleos e graxas e inorgânicos tais como: cloretos, nitratos, sulfatos, sódio, ferro, cálcio, etc. (VON SPERLING, 1996). A eletrocoagulação-flotação é um processo que vem desempenhando um papel importante entre as técnicas não convencionais de tratamento de efluente industriais (CRESPILHO E REZENDE 2004). O princípio de funcionamento do processo eletrolítico consiste na aplicação de um potencial elétrico a uma solução aquosa através de eletrodos metálicos (geralmente alumínio-Al e/ou ferro-Fe), promovendo a dissolução (corrosão) deste metal com geração de íons e gases (oxigênio e hidrogênio) que em pH adequado resultam em reações de coagulação- floculação apropriadas para o tratamento de resíduos líquidos industriais e sanitários (SILVA; MAINIER, 2005). De acordo com MOLLAH et al (2001); CRESPILHO E REZENDE (2004) e CAN et al (2004), os benefícios de se usar as técnicas eletroquímicas, entre elas a eletrocoagulação, incluem vantagens como: equipamentos simples e de fácil operação; maior controle na liberação do agente coagulante; os flocos formados são mais estáveis e facilmente removidos; remoção das partículas coloidais menores,
pois o campo elétrico aplicado promove mais rapidamente o contato entre elas, facilitando a coagulação, velocidades e sedimentação elevadas; curto tempo de retenção ou tratamento; a eletrocoagulação produz efluente com menos sólidos totais dissolvidos em comparação com tratamentos químicos. A Eletrocoagulação possui algumas desvantagens no processo (MOLLAH et al.,2001; CRESPILHO e REZENDE, 2004) como a substituição regular dos eletrodos em virtude do desgaste ocorrido no processo, o uso da eletricidade, que pode encarecer o processo em alguns lugares; passivação do eletrodo com a formação de um filme de óxido, havendo à perda da eficiência da unidade de eletroflotação (EF) e o hidróxido gelatinoso tende a se solubilizar em alguns casos. Entretanto, este processo mostrou-se eficaz no tratamento de efluente de indústrias têxteis, de processamento de côco, em terminais aquaviários e em indústrias de reciclagem de plástico (BARBOSA et al.; 2009). O estudo combinado de métodos de tratamento pode tornar o processo mais eficaz na eliminação de microorganismos patogênicos, enquadrando a água nos padrões estabelecidos pela legislação ambiental possibilitando o reúso da água do tratamento de efluente industrial ou a liberação para os corpos receptores. A radiação ultravioleta é uma das alternativas para a finalização de processos de tratamento para a desinfecção de águas residuárias industriais, águas de abastecimento e esgotos (BORGES; CONTAR, 2009). A desinfecção com radiação ultravioleta é um mecanismo físico, na qual a energia ultravioleta é absorvida pelos diferentes componentes orgânicos-moleculares essenciais ao funcionamento normal das células. A ação germicida da radiação ultravioleta está associada as alterações estruturais que esta provoca no DNA (ácido desoxirribonucléico) das células, consequência de reações fotoquímicas desencadeadas pela absorção da radiação pelas moléculas que constituem o DNA (SILVA et al.; 2002). As vantagens da utilização da radiação ultravioleta são: efetiva inativação de vírus, esporos e cistos; evita transporte, manuseio e estoque de substâncias tóxicas ou corrosivas; os equipamentos requerem pouco espaço. As desvantagens do processo é que este pode requerer manutenção e limpeza das lâmpadas; baixa dosagens podem não inativar os vírus, esporos e cistos; os organismos podem reparar ou reverter os efeitos destrutivos causados pela radiação (OLIVEIRA et al.; 2002).
regiões até degradá-las também. O crescente aumento populacional, gerando desenvolvimento urbano e industrial, fez com que as civilizações passassem a ocupar as regiões ao longo dos rios. GIORDANO (2004) justifica a escolha destas regiões em consequência da maior disponibilidade de água para abastecimento e a possibilidade de utilizar o rio como corpo receptor dos dejetos. Como consequência, o aumento da população, da agricultura e das atividades industriais intensificou a quantidade de dejetos largados nos rios, aumentando a contaminação deste recurso que serviria como manancial para as cidades ribeirinhas próximas. A medida que as populações e as atividades econômicas crescem, crescem também a contaminação dos recursos hídricos ameaçando o meio ambiente. O processo de contaminação dos corpos receptores são processos de ordem física, química e biológica, cabendo aos órgãos reguladores como o Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) instituir Políticas Nacionais de Recursos Hídricos capazes de disciplinar, regular e estabelecer condições e padrões de lançamento de efluentes visando à proteção desse recurso (SILVA et al., 2001). As águas podem ser contaminadas tanto por atividades domésticas como industriais, recebendo o nome de águas residuais. De acordo com SILVA et al. (2001) e TOLENTINO (2010), águas residuais domésticas são aquelas resultantes de atividades habitacionais podendo ser águas fecais ou negras e saponáceas. Águas industriais são aquelas provenientes de processos industriais de acordo com suas respectivas atividades. ÁGUAS RESIDUÁRIAS INDUSTRIAIS OU EFLUENTES INDUSTRIAIS Água residuária industrial ou efluente industrial é o nome dado a toda a água residuária gerada pelas indústrias (CHAVES, 2008) caracterizadas de acordo com seu processo de produção. Segundo GIORDANO (2004) e CHAVES (2008), as águas podem ser utilizadas de diferentes formas: incorporação aos produtos; limpeza de pisos, tubulações e equipamentos; resfriamento; geração de vapores; aspersão sobre pilhas de minérios para evitar o arraste de finos e tráfego para evitar poeiras; irrigação; lavagens de veículos; oficinas de manutenção; consumo humano e usos sanitários.
Para THEODORO (2010), toda a atividade industrial é essencial para o desenvolvimento econômico e social do mundo. O grande desafio atualmente é conciliar a atividade industrial poluidora com a preservação ambiental, ou seja, o desenvolvimento sustentável. Dentre as atividades industriais que contribuem para o crescimento econômico do país, tem-se a Indústria de Extração de Óleo Bruto de Soja. Os óleos são, em geral, obtidos por prensagem, extração com solventes e posterior purificação e refino. O solvente mais usado na indústria, o n-Hexano, é um derivado do petróleo, que possibilita a extração da quase totalidade do óleo, deixando um resíduo desengordurado denominado farelo. O efluente líquido gerado possui características oleosas, tendo como principal contaminante o farelo dissolvido ou em suspensão, assim como graxas em suspensão ou microdisperso. Este efluente é gerado principalmente pela lavagem das centrífugas na degomação (extração), descarga de fundo da caldeira e das águas de lavagens de pisos e equipamentos. EFLUENTES OLEOSOS Para RANGEL (2008), água oleosa representa todos os tipos de água que apresentam quantidades variáveis de óleos e graxas, além de uma ampla variedade de materiais em suspensão, incluindo areia, argila e outras substâncias coloidais e dissolvidas como detergentes, metais pesados, etc... A composição e características das águas oleosas variam conforme sua origem. O teor de óleo pode variar com valores baixos (1 a 15%) e/ou bem altos (acima de 50%). Os óleos ou graxas e os materiais em suspensão podem estar presentes no efluente de forma livre, dispersa ou emulsificada de acordo com o tamanho das partículas (CHERYAM; RAJAGOPALAN, 1998). Para OLIVEIRA (1995), o óleo em solução aquosa pode se apresentar de quatro maneiras: livre, disperso, emulsificado e dissolvido. Na forma livre o óleo representa as dispersões grosseiras, constituídas por gotas com diâmetros superiores a 150 μm (ROSA, 2003) e podem ser removidas por separação gravitacional (RANGEL, 2008). O óleo disperso com diâmetro de gota
O tratamento primário é um processo destinado à remoção de sólidos em suspensão e sólidos flutuantes. Processo de tratamento mais simplificado que utiliza métodos de separação física em função da diferença de densidade entre os componentes do resíduo e a gravidade. Os processos mais difundidos são: separação gravimétrica, centrifugação, filtração e flotação. O objetivo do tratamento secundário é a remoção da matéria orgânica tanto dissolvida quanto em suspensão (CHAVES, 2008). Sua principal característica é a tentativa de reproduzir as condições naturais de remoção biológica dos poluentes do efluente, mediante estabilização da matéria orgânica, pela ação de microrganismos, através de processos bioquímicos que ocorrem em condições ambientais de temperatura e pH favoráveis (FONTENELLE, 2006). No corpo d’água, a matéria orgânica carbonácea e nitrogenada é convertida em produtos inertes por mecanismos naturais caracterizando o fenômeno de autodepuração. Numa estação de tratamento ocorre os mesmos fenômenos, mas com introdução tecnológica (DIAS et al., 2009). Esta tecnologia tem como objetivo fazer com que o processo de depuração se desenvolva em condições controladas. A matéria orgânica dissolvida ou em suspensão é usada como substrato por microrganismos tais como bactérias, cianobactérias, vírus, protozoários e helmintos, e transforma este substrato em gases, água e novos microrganismos (CHAVES, 2008). Matéria Orgânica + Bactérias → H 2 O + CO 2 + novos microrganismos (1) Equação 1: Representação da ação das bactérias sobre a matéria orgânica. Segundo TORRES et al. (1997) e FERREIRA (2000), no processo de nitrificação onde a amônia é oxidada a nitrito, as bactérias que realizam tal processo são as do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus (Equação 2). A nitratação, processo de oxidação dos nitritos a nitratos, é realizado pelas bactérias do gênero Nitrobacter, Nitrocystis e Nitrospina , conforme Equação (3): 2NH 4 ++ 3O 2 2NO 2 -^ + H 2 O + novas células + energia (2) Equação 2: Representação do processo de nitrificação da amônia por microorganismos.
2NO2-^ + O 2 2NO 3 -^ + novas células + energia (3) Equação 3: Representação do processo de nitratação por microorganismos. Os processos desta etapa são fundamentalmente biológicos podendo ser aeróbios e/ou anaeróbios.Os processos aeróbios são processos caracterizados pelo uso de microorganismos que dependem do oxigênio para decompor a matéria orgânica. As bactérias presentes no próprio efluente decompõe a matéria orgânica transformando-a em substâncias estáveis (AZEVEDO et al, 2008). Os processos aeróbios utilizados são: lodos ativados, biodiscos e filtros biológicos. O processo anaeróbio envolve a conversão de resíduos orgânicos à metano, onde diversas espécies microbianas participam do processo, cada uma executando uma determinada classe de reações, resultando nos precursores do metano: acetato e hidrogênio (BARCELOS, 2009; GUIMARÃES et al.; 2011) conforme Equação (4): Matéria Orgânica → CO 2 + CH 4 (4) Equação 4: Reação de conversão de resíduo orgânico em metano. As reações seqüenciais de digestão anaeróbia pode ser dividido em quatro fases distintas, cada uma efetuada por uma população bacteriana específica: hidrólise, acidogênese, acetogênese e metagênese (GUIMARÃES, et al.; 2011). Os tipos de processos utilizados são: lagoa anaeróbia, tanque séptico, filtros anaeróbios, digestores anaeróbios de lodo e reatores anaeróbios. O tratamento terciário se caracteriza por remover poluentes específicos (tóxicos ou não-biodegradáveis), promover a desinfecção do efluente, e agir na redução complementar de poluentes não suficientemente removidos no tratamento secundário (SANTOS, et al.; 2011). O efluente torna-se mais limpo neste processo com a utilização de processos de tratamento mais avançados, melhorando a qualidade do efluente e reduzindo o impacto sobre o ambiente em que é descarregado. Os processos químicos utilizam produtos químicos tais como: agentes coagulantes, flotação, neutralização de pH, oxidação, redução e desinfecção em diferentes etapas de tratamento, que através de reações químicas promovem a remoção dos poluentes (GIORDANO, 2004, p. 30) ou condicionem a mistura de efluentes a ser tratada aos processos subseqüentes (CHAVES, 2008). Segundo
ULTRAVIOLETA (UV)
A desinfecção com radiação UV é aplicada desde o início do século XX, na desinfecção e purificação da água. É um processo físico no qual a energia ultravioleta é absorvida pelos diferentes componentes orgânicos-moleculares essenciais ao funcionamento normal das células (SILVA, et al., 2002), atinge o DNA e impede a sua reprodução normal (OLIVEIRA, et al., 2002), resultando na interrupção do metabolismo levando a morte da célula. O emprego da radiação UV é, portanto, uma importante alternativa à desinfecção química de águas residuárias. Nenhum tipo de produto é adicionado à corrente líquida, resultando em processos simples, de baixo custo e com pouca exigência de operação e manutenção (GONÇALVES, 2003 pg 225). Apresenta como vantagens a efetiva inativação de vírus, esporos e cisto; por ser um processo físico evita a geração, transporte, manuseio e estoque de substâncias tóxicas ou corrosivas; baixo tempo de contato quando comparado com outros desinfetantes; pouco espaço para sua realização; a desinfecção UV é facilmente controlada pelos seus operadores; não geram efeitos residuais prejudiciais a humanos e a vida aquática. As desvantagens do processo é que os organismos podem reparar ou reverter os efeitos destrutivos causados pela radiação; baixas dosagens podem não inativar efetivamente vírus, esporos e cistos; requer um programa de manutenção e limpeza das lâmpadas; turbidez (T) e sólidos suspensos totais (SST) podem tornar a desinfecção ineficiente; custo superior ao do cloro, mas competitivo se incluirmos a descloração (adaptado de EPA 1999). METODOLOGIA A pesquisa foi realizada nas aulas de química do 1º ano, turma 26, do turno noturno na Escola Estadual Professora Maria Bandarra Westphalen, na cidade de Cruz Alta/RS. A turma estava formada por 24 alunos matriculados, todos assíduos às aulas. No primeiro momento foi abordado o artigo científico “Potencial de reuso de água no Brasil agricultura, indústria, municípios, recarga de aqüíferos”, onde pode-
se discutir os parâmetros de potabilidade da água e condições e padrões de lançamento de efluente nos corpos receptores e o processo eletroquímico e a utilização de radiação UV no tratamento e desinfecção de efluentes. No segundo momento fez-se a apresentação do sistema de EC e UV para o tratamento do efluente industrial. Para um melhor entendimento, fez-se a apresentação dos laudos de análises físico-química e microbiológica do efluente bruto e pós-tratamento com o sistema de EC e UV, comprovando aos alunos a eficiência do tratamento. Neste momento abordou-se os parâmetros microbiológicos e físico-químicos analisados, antes e depois do efluente ser tratado. Para elaboração do experimento, foram utilizados os seguintes materiais: eletrodos, fonte de alimentação, lâmpada fluorescente compacta, bomba (motor) de aquário, caixa de papelão, suporte universal, béquer, garra, soquete de luz, estilete, lixa d’água nº 2 e o efluente industrial. A coleta do efluente foi realizada conforme descrito por SILVA et al., (2005) (ANA, 2011; ABNT, NBR 9898 Nb1050, 1987) assepticamente, e transportada para análise em laboratório com temperatura controlada abaixo de 10ºC. A amostra microbiológica foi coletada em frasco esterelizado com volume para 100 mL (APHA, 1998), fornecido pelo laboratório de Análise de Águas da Universidade de Cruz Alta
- UNICRUZ. O efluente coletado foi submetido à análise físico-química e microbiológica antes e depois do tratamento de eletrocoagulação e UV. Foram analisados os parâmetros de: pH, alcalinidade total, demanda química de oxigênio, cor, turbidez, cloretos, sólidos sedimentáveis e demanda bioquímica de oxigênio. As análises foram realizadas de acordo com a bibliografia indicada (Standard Methods). Para as análises microbiológicas foram adotados os parâmetros de contagem de coliformes totais, coliformes termotolerantes (Escherichia coli) e determinação do número de bactérias heterotróficas, segundo orientações da Legislação do CONAMA Nº 430/2011. O efluente coletado foi submetido ao tratamento de eletrocoagulação e UV em um sistema fechado. O experimento teve duração de 60 minutos, sem agitação, sem adição de um eletrólito suporte e com ajuda de uma bombinha de aquário com função de contribuir para a flotação das partículas coloidais. A eficiência do tratamento foi avaliada a partir dos resultados obtidos das análises físico-químicas e microbiológicas antes e depois do processo de eletrocoagulação e UV. Os
contribuem para a remoção da DQO como: a formação de flocos; a reatividade dos compostos orgânicos com Fe (II) e/ou Fe (III); a solubilidade dos compostos formados; o incremento do pH e a acidez das águas residuais em vez de pH inicial e do material do eletrodo (HECTOR et al., 2007). O pH do efluente bruto partiu de 7,6 com o tratamento aplicado houve um aumento chegando até 8,2 comportamento observado em outros experimentos usando Eletrocoagulação. A cor do efluente teve seu valor reduzido partindo de 135,37 uC diminuindo para 42,45 uC. A turbidez do efluente bruto aumentou tendo o resultado de 20,13 UT. A alcalinidade total do efluente diminuiu com a aplicação do processo eletrolítico de 62 mg/L para 38 mg/L. Sólidos sedimentáveis também reduziu de 1 mL/L em 24 h para 0 mg/L. Pode-se perceber que por estes parâmetros, a DQO e a DBO teve uma significativa baixa nos seus valores estando em conformidade com a resolução de lançamento de efluente. Entretanto, outros parâmetros como a concentração de cloretos teve um aumento significativo após o processo de eletrocoagulação e ultravioleta, o aumento se deu em virtude da indústria utilizar água de poço no processo de produção e esta ser clorada. Os alunos conseguiram ver a produção de bolhas de oxigênio e hidrogênio se desprendendo dos eletrodos de ferro e grafite, observaram a formação de um sobrenadante na superfície do efluente em tratamento e um aglutinado no fundo da célula eletrolítica, a relação com a formação de hidróxidos e as etapas de coagulação, floculação e flotação durante a aplicação da técnica de tratamento. A eficiência da radiação UV no tratamento foi analisada segundo os resultados obtidos nos laudos de análise microbiológica. Os parâmetros observados com os alunos do efluente foram analisados à partir dos laudos das análises de água. Os parâmetros de potabilidade e de lançamento de efluentes em rios também foram abordados sendo debatidos pelas resoluções do CONAMA 430 de 13 de maio de 2011 e CONSEMA 128 de 7 de dezembro de 2006. Tendo esta legislação balizadora, foi observada a eficiência do tratamento combinado de eletrocoagulação e ultravioleta nos parâmetros de DBO e DQO. Dentro dos valores microbiológicos, o efluente tratado apresentou resultado significativo na eliminação de coliformes totais e termotolerantes. A total inativação dos microorganismos não foi possível pelo processo de eletrocoagulação gerar
partículas coloidais dificultando a penetração da radiação UV no DNA dos microorganismos presentes. Com isto concluiu-se que o processo de tratamento combinado de eletrocoagulação e ultravioleta é um processo que pode ser aplicado no tratamento de efluentes oleosos observando a relação custo/resultado obtido, pois o método contribuiu para a diminuição da DBO e DQO do efluente e na inativação de microorganismos presentes, ficando a água em condições de ser lançado no corpo d’água e ser reutilizada não para consumo, mas para manutenção e limpeza de máquinas, peças, pátios, descargas de banheiros, etc... Os alunos entenderam através dos resultados dos laudos de análise de água que os métodos de tratamentos são necessários para se garantir uma qualidade de lançamento de efluente nos corpos receptores mantendo a água em condições de ser (re)utilizada garantindo também a sobrevivência das espécies aquáticas. Com isto, o uso de um experimento combinado de eletrocoagulação e UV pode despertar nos alunos o interesse pelas ciências, permitindo ao professor associar a teoria com a prática relacionando com assuntos do dia a dia dos alunos, propiciando um ensino diferenciado estimulado por temas de grande importância para a sobrevivência humana. Ainda, esta proposta de tratamento é uma alternativa como recurso para o ensino de química sendo uma proposta interdisciplinar de ensino que aborda temas como a importância da água, oxidação e redução, radiação UV, tratamento de efluentes e reutilização de efluentes industrias pós tratamento. REFERÊNCIAS ABNT, NBR 9898 Nb 1050. Preservação e técnica de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores. Pg. 13, 1987. Agência nacional de águas. Guia nacional de coleta e preservação de amostras água, sedimento, comunidades aquáticas e efluentes líquidos. Brasília, 2011. APHA - american public realth association. Standard methods for examination of water and wastwater. 20 ED. Washington: American public realth association AWWA, WPCF. 1998.
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