XXVII Congresso Interamericano de Engenharia Sanitária e Ambiental
I-099 - REUSO DE ÁGUAS RESIDUÁRIAS GERADAS EM
PROCESSOS DE GALVANOPLASTIA
Ruben Bresaola Júnior(1)
Engenheiro Civil formado pela Escola de Engenharia de São Carlos. Mestre e Doutor em
Hidráulica e Saneamento pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP).
FOTOGRAFIA
Professor Assistente Doutor do Departamento de Saneamento e Ambiente da Faculdade
NÃO
de Engenharia Civil da UNICAMP. Diretor de Educação do CREA-SP 1997-1998.
Membro do Conselho Estadual de Recursos Hídricos do Estado de São Paulo 1993 -1998.
DISPONÍVEL
Representante da UNICAMP no Conselho Estadual de Saneamento CONESAN 2000.
Silvia Marta Castelo de Moura Carrara
Engenheira Civil formada pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP). Mestre
em Saneamento pela Faculdade de Engenharia Civil da UNICAMP. Doutoranda em Engenharia Hidráulica e
Sanitária pela Escola Politécnica da USP.
Endereço(1): Rua Mario Monteiro, 158 - Vila Teixeira - Campinas - SP - CEP: 13032-470 - Brasil - Tel.: (19) 2732247 - e-mail: [email protected]
RESUMO
Os efluentes gerados em processos de galvanoplastia podem causar sérios danos ao meio ambiente caso não
recebam tratamento adequado, por conterem elevadas concentrações de metais pesados. A reciclagem ou
reuso dessas águas residuárias para fins diversos pode diminuir a demanda de água dos mananciais e
minimizar a quantidade de efluentes lançados nas redes públicas de esgotos ou rios. O presente trabalho tem
por objetivo apresentar o estudo da viabilidade do reuso das águas residuárias geradas nos enxágües das peças
em processos de galvanoplastia do zinco, níquel-cromo e fosfatização, por meio de tratamento físico-químico
de coagulação-floculação. As amostras do efluente foram caracterizadas quali e quantitativamente por meio
de análises de cor, tubidez, dureza, condutividade elétrica e metais. Os ensaios "jar-test" foram realizados
utilizando para ajuste de pH hidróxido de cálcio e hidróxido de sódio e como coagulante o cloreto férrico.
Variou-se o pH, a dosagem do coagulante e verificou-se turbidez e cor para diferentes tempos de
sedimentação. As concentrações de metais foram determinadas pelo método da fluorescência de raios X para
as amostras que apresentaram menores valores de cor e turbidez. As menores concentrações de metais
presentes nas amostras tratadas após realização dos ensaios "jar-test foram obtidas com a utilização de 30
mg/L de cloreto férrico, em pH igual a 10 e tempo de sedimentação igual a 60 minutos ou hidróxido de sódio
em pH de coagulação igual a 10, com tempo de sedimentação igual a 90 minutos. A remoção de metais
obtida com o hidróxido de cálcio como coagulante foi similar à obtida com o hidróxido de sódio, entretanto, a
dureza final da água tratada com hidróxido de cálcio foi muito elevada; por isso, recomenda-se o ajuste do pH
com NaOH, quando se visa o reuso destas águas para lavagens e limpezas em geral. Desse modo, pode-se
concluir que, com relação à concentração de metais, as águas tratadas conforme sugerido nos melhores
resultados podem ser reutilizadas para lavagem de pisos e em descargas de banheiros. Devido a necessidade
de baixos valores de condutividade elétrica nas águas de lavagem nos processos de galvanização, não se deve
reciclar essas águas no processo. Para isso, torna-se necessária a diluição com água limpa ou um tratamento
complementar em colunas de troca iônica ou membranas filtrantes, como a osmose reversa.
PALAVRAS-CHAVE: Águas Residuárias, Galvanoplastia, Metais Pesados, Reciclagem, Reuso.
INTRODUÇÃO
Os despejos industriais dos processos de galvanoplastia causam, em geral, graves problemas de poluição
hídrica por conterem metais pesados, que acima de determinadas concentrações podem ser tóxicos ao meio
ambiente e ao ser humano. A reciclagem ou reuso das águas residuárias para fins diversos pode diminuir a
demanda de água dos mananciais e minimizar a quantidade de efluentes lançados nas redes públicas de
esgotos ou rios.
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O reuso planejado das águas residuárias não é um conceito novo e já é realizado há muitos anos em todo o
mundo (CROOK, 1993). Esta prática reduz a demanda sobre os mananciais de água bruta devido à
substituição da fonte. A aceitabilidade do reuso da água é dependente da sua qualidade e das características
físicas, químicas e microbiológicas. De acordo com o uso, ou sua finalidade específica, podem ocorrer
maiores ou menores restrições nos parâmetros qualitativos.
As indústrias de galvanoplastia utilizam grandes volumes de água em seus processos. O reuso dessas águas
pode conduzir a uma economia significativa dentro do contexto global da empresa. Em muitas indústrias, já é
comum o reuso das águas em sistemas de refrigeração, alimentação de caldeiras, lavagens de gases e em
lavagens de pisos e equipamentos.
A galvanoplastia é uma técnica, por via eletrolítica, de deposição de determinados íons metálicos na
superfície corpos metálicos ou não, que visa, principalmente, proteger as peças contra corrosão e dar um
acabamento superficial. As peças são submetidas a banhos químicos ou eletrolíticos, seguidos de lavagens
com água para limpeza. Para cada tipo de acabamento existe uma seqüência de tratamento, que necessita de
águas de lavagem, produzindo efluentes líquidos com características diversas. Na galvanização com zincoácido, geralmente, as peças passam por um banho desengraxante, para remoção de óleos e graxas, seguido de
um banho decapante, para remoção de óxidos, e uma série de outros banhos químicos que visam limpar a
peça para receber a deposição metálica.
A fluorescência de raios X é uma técnica utilizada para análise de metais pesados. Trata-se de uma técnica
analítica nuclear, instrumental, multielementar e simultânea baseada na medida das intensidades de raios X
característicos emitidos pelos elementos que constituem a amostra.
Diferentes técnicas podem ser aplicadas e permitir uma maior ou menor eficiência no tratamento dos
efluentes líquidos, de tal modo a se ter a possibilidade de reuso, ou mesmo reciclagem total das águas
residuárias, bem como a recuperação de produtos químicos, podendo, portanto, reduzir o volume final dos
despejos lançados pelas indústrias.
A osmose reversa e a eletrodiálise são algumas das técnicas indicadas para o tratamento avançado de
efluentes líquidos de galvanoplastia (CARTWRIGHT,1994). O custo muitas vezes elevado leva certas
indústrias a se valerem de outras formas de tratamento, como, por exemplo, a precipitação química. Os
efluentes que contêm sais de metais pesados podem ser tratados por processos físico-químicos de coagulaçãofloculação e sedimentação, técnica geralmente aplicada quando há precipitação dos compostos insolúveis e a
conseqüente remoção dos metais pesados complexados.
O presente trabalho tem por objetivo estudar a viabilidade do reuso das águas residuárias geradas em
processos de galvanoplastia, por meio de tratamento físico-químico de coagulação-floculação.
MATERIAIS E MÉTODOS
As águas de lavagem das peças tornaram-se foco principal para a realização dos estudos de tratamento dos efluentes
de galvanoplastia, visto que mais de 90% das águas consumidas no processo advém desses enxágües.
Foram realizadas seis coletas simples, em datas distintas, do efluente misturado das águas de lavagem da
eletrodeposição do zinco, do níquel-cromo e do fosfato das alas de galvanoplastia de uma indústria de
equipamentos de freios automobilísticos. A água utilizada nos processos de galvanização foi caracterizada
quali e quantitativamente com o objetivo de se obter a qualidade da água requerida. Foram realizados ensaios
para determinação dos valores de condutividade, cor, turbidez, pH e concentração de metais. Foram
realizados 23 ensaios de coagulação-floculação, totalizando 138 amostras tratadas em "jar-test", em que
foram variados os valores de pH, tipo e a dosagem dos coagulantes e os períodos de tempo de sedimentação.
O primeiro passo realizado, em todos os ensaios, foi a redução do cromo hexavalente para trivalente. Para
isto, foi adicionado 0,85 mg/L de metabissulfito de sódio em pó na amostra bruta com pH menor que 3 e, em
seguida, agitado a um gradiente de velocidade igual a 100 s-1, durante 30 s. A dosagem de metabissulfito de
sódio necessária para reduzir o cromo hexavalente para trivalente foi determinada experimentalmente.
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Após esse procedimento, foi feito apenas ajuste de pH com hidróxido de cálcio e hidróxido de sódio, com a
finalidade de verificar a faixa de pH e tempo de sedimentação que resultasse em menores concentrações de
metais, cor, turbidez, dureza e volume de lodo. Os valores de pH sofreram variações de 7 a 11. Concluída esta
etapa, optou-se pela correção do pH com hidróxido de sódio. Verificou-se, também, os períodos de tempo de
precipitação. Amostras decantadas foram coletadas para análises após períodos de tempo de sedimentação
iguais a 30, 60, 90 e 120 minutos. Foi determinado, para cada uma das amostras, a cor aparente, a turbidez e
a dureza. O gradiente de velocidade utilizado na floculação foi 60 s-1 e o período de tempo na floculação igual
a 15 minutos.
Em seguida, testou-se como coagulante o cloreto férrico nas dosagens de 10 mg/L, 20 mg/L e 30 mg/L em
valores de pH iguais a 8, 9 e 10. Amostras decantadas foram coletadas para análises após períodos de tempo
de sedimentação de 30 e 60 minutos. Foram determinados, para cada uma delas, a condutividade, a cor
aparente, a turbidez e a dureza.
A concentração dos metais foi determinada pelo método da fluorescência de raios X. A detecção dos metais é
limitada da ordem de 6 ppb.
Todos estes ensaios foram determinados seguindo os procedimentos ditados pela APHA, AWWA, WPCF
(1995).
RESULTADOS
A etapa inicial do trabalho constituiu na tratabilidade das águas residuárias provenientes dos processos de
galvanoplastia com hidróxido de cálcio em valores de pH iguais a 8, 9 e 10. A amostra do efluente contendo
as águas de lavagem da eletrodeposição do zinco, níquel-cromo e fosfatização (amostra bruta A1), da
primeira coleta, foi caracterizada após determinação dos valores de pH, turbidez, cor aparente, condutividade
e concentração dos metais, cujos dados estão presentes na tabela 1. As amostras tratadas tiveram os valores
de turbidez, cor aparente, dureza e concentração de metais medidos. A turbidez foi determinada após 60 e 90
minutos de tempo de sedimentação, enquanto os outros parâmetros foram medidos após 90 minutos de tempo
de sedimentação, conforme pode ser observado na tabela 2. As concentrações dos metais presentes nas
amostras, após o tratamento, podem ser observadas na tabela 3.
Tabela 1: Caracterização quali e quantitativa da amostra do efluente da eletrodeposição do zinco,
níquel-cromo e fosfatização segundo os valores de pH, turbidez, cor aparente, condutividade (Cond) e
concentração dos metais detectados na amostra da primeira coleta (amostra A1):
Amostra
efluente
A1
pH
Turbidez
Cor
Cond
uH
300
mS/cm
2,5
uT
39
1,9
Metais detectados (ppb)
Cr
Fe Co
Ni
Cu
Zn
1878 12331 8 19668 128 19749
Pb
47
Tabela 2: Valores de pH, turbidez e as respectivas porcentagens de remoção (% rem), cor e dureza
determinados após os ensaios de precipitação química com hidróxido de cálcio, com tempos de
sedimentação (TS) de 60 e 90 minutos:
Amostra
Tratada
1
2
3
Ca(OH)2
mg/L
pH
300
338
375
8
9
10
Turbidez
%
uT
rem
TS=60 min
1,27
96,74
1,23
96,85
1,30
96,67
Turbidez
uT
TS=90 min
1,08
0,64
0,88
%
rem
Cor
uH
mg CaCO3/L
97,23
98,36
97,74
7,5
5,0
7,5
507
514
527
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Dureza
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Tabela 3: Concentrações de metais (Conc.) contidas nas amostras tratadas (1 e 3) e as respectivas
porcentagens de remoção (% rem) após tempos de sedimentação (TS) de 60 e 90 minutos:
Amostra1Metais TS=60 min
Conc. (ppb)
285
Fe
10755
Ni
1825
Zn
% rem.
97,69
45,32
90,76
pH=8
Amostra 3pH= 10
TS=90 min
TS=60 min
TS=90 min
Conc. (ppb) % rem. Conc. (ppb)
% rem.
Conc. (ppb) % rem.
274
97,78
216
98,25
150
98,78
6900
64,92
355
98,20
289
98,53
1356
93,13
360
98,18
269
98,64
Todos os outros metais (Cr, Co, Cu e Pb), após o tratamento, apresentaram concentrações inferiores a 6 ppb.
Os dados presentes na tabela 3 revelam que em pH igual a 10 e tempo de sedimentação igual a 90 minutos,
houve uma maior remoção de metais. Para o ferro, o níquel e o zinco houve remoção superior a 98%, sendo
que as concentrações remanescentes dos outros metais estiveram abaixo do limite de detecção do aparelho,
portanto, menores que 6 ppb.
Em virtude das amostras decantadas apresentarem dureza muito elevada, quando foi utilizado hidróxido de
cálcio, optou-se pela elevação do pH com hidróxido de sódio. Não é recomendado o uso de águas com dureza
elevada nos processos de eletrodeposição, pois os íons de cálcio podem formar o sulfato de cálcio, pouco
solúvel, que precipita contaminando o banho químico com partículas sólidas. A restrição ao uso de águas
duras não se refere apenas ao banho de eletrodeposição, mas a todo o processo de pré-tratamento, para não
ocorrer contaminação por arraste (PANOSSIAN, 1997). Também não se deve utilizar águas muito duras em
sistemas de águas quentes como caldeiras e trocadores de calor, pois com o aumento da temperatura, são
formados carbonatos que precipitam e se incrustam.
Assim sendo, foram realizados ensaios de precipitação química dos metais elevando-se o pH para 8, 9 e 10
com hidróxido de sódio. Ocorreu uma remoção de metais acima de 99% para o ferro, níquel e zinco, da
amostra tratada com hidróxido de sódio, em pH igual a 10 e tempo de sedimentação de 90 minutos, notando
que para os demais metais, a concentração esteve abaixo do limite de detecção do aparelho. Foi possível
constatar que em pH igual a 8 os resultados não foram tão satisfatórios, quando comparados com a amostra
tratada em pH 10. Também pode-se verificar que, a amostra de água tratada em pH igual a 10 após 90
minutos de decantação, apresentou concentrações inferiores à tratada durante 60 minutos de sedimentação.
Tabela 4: Caracterização quali e quantitativa da amostra do efluente da eletrodeposição do zinco,
níquel-cromo e fosfatização segundo os valores de pH, turbidez, cor aparente, condutividade (Cond) e
concentração dos metais detectados na amostra da segunda coleta (amostra A2):
Amostra
efluente
pH
Turbidez
Cor
Cond
2,7
uT
43
uH
240
mS/cm
A2
1,9
Metais detectados (ppb)
Cr
Fe Co
Ni
Cu
Zn
2102 14056 65 20633 132 20225
Pb
37
Tabela 5: Valores de pH, turbidez e as respectivas porcentagens de remoção (% rem), cor e dureza
determinados após os ensaios de precipitação química com hidróxido de sódio, com tempos de
sedimentação (TS) de 60 e 90 minutos:
Amostra
Tratada
1
2
3
NaOH
mg/L
pH
276
336
384
8
9
10
Turbidez
%
uT
rem
TS=60 min
1,99
95,37
2,13
95,05
1,49
96,53
Turbidez
uT
TS=90 min
1,46
1,41
0,89
%
rem
Cor
uH
96,60 10,0
96,72 2,5
97,93 10,0
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Dureza
mg CaCO3/L
0
0
0
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Tabela 6: Concentrações de metais (Conc.) contidas nas amostras tratadas (1 e 3) e as respectivas
porcentagens de remoção (% rem) após tempos de sedimentação (TS) de 60 e 90 minutos:
Amostra1Metais TS=60 min
Conc. (ppb)
Fe
Ni
Zn
1010
10403
4524
% rem.
pH=8
TS=90 min
Conc. (ppb)
92,81
49,48
77,63
927
10347
4441
Amostra 3%
rem.
93,40
49,85
78,04
TS=60 min
Conc. (ppb)
% rem.
239
231
288
98,30
98,88
98,58
pH= 10
TS=90 min
Conc. (ppb) % rem.
93
54
88
99,34
99,74
99,56
Avaliou-se, também, a eficiência do tratamento de coagulação-floculação com o cloreto férrico e o ajuste de
pH com hidróxido de sódio. Os valores de cor, condutividade e concentração de metais foram determinados
após tempo de sedimentação igual a 60 minutos. A turbidez foi analisada após 30 e 60 minutos de
decantação.
A eficiência obtida com relação à remoção de turbidez foi muito satisfatória para as amostras tratadas com
cloreto férrico, apresentando porcentagens de remoção da ordem de 99% e que foram superiores aos
resultados obtidos, nas mesmas condições pH e tempo de sedimentação, para as amostras tratadas apenas com
o hidróxido de sódio.
Tabela 7: Caracterização quali e quantitativa da amostra do efluente da eletrodeposição do zinco,
níquel-cromo e fosfatização segundo os valores de pH, turbidez, cor aparente, condutividade (Cond) e
concentração dos metais detectados na amostra da segunda coleta (amostra A3):
Amostra
inicial
pH
Turbidez
A3
2,9
(uT)
73
Cor
Cond
Metais detectados (ppb)
(uH) mS/cm Cr
Fe Co
Ni
300
2,20 1808 14916 7 6254
Cu
Zn
137 38229
Pb
50
Tabela 8: Valores de pH, turbidez e as respectivas porcentagens de remoção (% rem), cor e
condutividade determinados após os ensaios de precipitação química com hidróxido de sódio e cloreto
férrico, com tempos de sedimentação (TS) de 30 e 60 minutos:
Amostra
Tratada
Coagulante
mg/L
pH
1
2
FeCl3=30
NaOH=368
10
10
Turbidez
uT
TS=30 min
1,18
4,28
%
rem
98,38
94,14
Turbidez
uT
TS=60 min
0,75
2,90
%
rem
Cor
uH
Cond
mS/cm
98,97
96,03
5
20
1,83
1,85
Tabela 9: Concentrações de metais (Conc.) contidas nas amostras tratadas (1 e 2) e as respectivas
porcentagens de remoção (% rem) após tempos de sedimentação (TS) de 60 minutos:
Metais
Fe
Ni
Zn
Amostra 1- pH=10
TS=60 min
Conc. (ppb) % rem.
34
99,77
9
99,86
185
99,52
Amostra 2- pH=10
TS=60 min
Conc. (ppb)
% rem.
282
98,11
54
99,14
760
98,01
Analisando os dados das tabelas 8 e 9, pode ser notado que o uso do cloreto férrico torna mais eficiente o
tratamento, proporcionando menores valores de cor, turbidez e concentração de metais na amostra tratada
para o tempo de sedimentação de 60 minutos. Porém, quando foi feito apenas o ajuste de pH para 10 com
hidróxido de sódio em tempo de sedimentação de 90 minutos, como pode ser observado na Tabela 6, obtevese resultados tão satisfatórios quanto os obtidos com cloreto férrico.
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As amostras tratadas nos ensaios de coagulação-floculação apresentaram, em média, valores de
condutividade variando entre 1,8 e 2,0 mS/cm. Isto indica que estas águas apresentam elevada salinidade. O
reuso das águas tratadas nessas condições, em sistemas torres de refrigeração e caldeiras, a priori, deve ser
evitado, pois podem ocorrer problemas de corrosão. Quando se utilizou hidróxido de cálcio para ajuste do pH,
a dureza da água esteve muito elevada, por isso, recomenda-se o uso do hidróxido de sódio para ajuste o pH.
Assim, é possível reutilizar as águas tratadas para limpezas em geral e em descargas de banheiros.
CONCLUSÕES
Com base no trabalho realizado, concluiu-se que:
Os melhores resultados para o tratamento das águas de enxágüe do processo de galvanoplastia estudado
foram obtidos quando foram utilizados: 30 mg/L de cloreto férrico, com pH igual a 10 e tempo de
sedimentação igual a 60 minutos ou hidróxido de sódio em pH de coagulação igual a 10, com tempo de
sedimentação de 90 minutos;
A remoção de metais obtida com o hidróxido de cálcio como coagulante foi similar à obtida com o hidróxido
de sódio, entretanto, a dureza final da água tratada foi muito elevada. Por isto, recomenda-se a elevação do
pH com NaOH, quando se visa o reuso destas águas para lavagens e limpezas em geral;
Com relação à concentração de metais, as águas tratadas conforme sugerido nos melhores resultados podem
ser reutilizadas para lavagem de pisos e em descargas de banheiros. Para reciclagem dessas águas no
processo, torna-se necessária a diluição com água limpa ou um tratamento complementar em colunas de troca
iônica ou membranas filtrantes, como a osmose reversa;
Recomenda-se, para trabalhos futuros, que sejam realizadas pesquisas utilizando como tratamento a osmose
reversa e troca iônica para verificar a viabilidade da reciclagem dessas águas no processo de galvanoplastia.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1.
2.
3.
4.
CARRARA, S. M. C. M. Estudos de viabilidade do reuso de efluentes líquidos gerados em processos de
galvanoplastia por tratamento físico-químico. Campinas. 1997. Dissertação de Mestrado. Universidade
Estadual de Campinas, 1997. 119 p.
CARTWRIGHT, P. Pollution prevention drives membrane technologies. Chemical Engineering,
v.101, n.9, p.84-87, Sep. 1994.
CROOK, J. Critérios de qualidade da água para reuso. Revista DAE, São Paulo, v.53, n.174, p.10-18,
nov./dez. 1993.
PANOSSIAN, Z. Banho de níquel tipo Watts: principais contaminantes. Tratamento de Superfície, n.
81, p. 26-32, jan./fev. 1997.
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