XXX CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL
26 al 30 de noviembre de 2006, Punta del Este - Uruguay
ASOCIACIÓN INTERAMERICANA
DE INGENIERÍA SANITARIA Y AMBIENTAL - AIDIS
VI- Feris-Brasil-1
ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE APLICAÇÃO DE UM SUBPRODUTO INDUSTRIAL
COMO COAGULANTE NA REMOÇÃO DE CROMO EM EFLUENTES LÍQUIDOS
DE CURTUME
Luciano José Crochemore (1)
Químico, MSc
Rodrigo Ribeiro Silva
Estudante do curso de Engenharia Ambiental, ULBRA
Liliana Amaral Féris
Engenheira Química, MSC, PhD
Programa de Pós-Graduação em Engenharia: Energia, Ambiente e Materiais – PPGEAM Universidade Luterana do Brasil – ULBRA – Canoas – Rua Miguel Tostes, 101- CEP 92420-280 –
Canoas – RS - Brasil Telefone: (051) 477-9285 – E-mail: [email protected]
RESUMO
O presente trabalho objetivou estudar a eficiência de aplicação de um subproduto industrial
(W7) como reagente coagulante para a remoção de cromo trivalente de efluente de
curtume. Foram desenvolvidos estudos comparativos com reagentes coagulantes
convencionais (sulfato de alumínio e cloreto férrico). Os ensaios foram realizados no
Laboratório de Resíduos da ULBRA – Canoas – RS - Brasil, utilizando-se testes de jarros
(simulando tratamento físico-químico de uma ETE). Objetivou-se analisar a concentração
de cromo antes e após o processo de coagulação. Os teores de cromo total no produto
clarificado foram determinados por espectroscopia de absorção atômica. A eficiência do
processo de coagulação na remoção de cromo foi de 99% para a dosagem de 160 mg/L
de reagente W7 em 200 mL de efluente em pH 8,0, o qual resultou no teor de cromo
residual total no líquido clarificado de 0,2 mg/L. O teor de cromo do efluente bruto era de
2918 mg/L. Os estudos permitiram concluir que o W7 apresenta ação fortemente
coagulante sobre o material suspenso não-sedimentável consistindo em alternativa
tecnicamente viável para aplicação no tratamento de efluentes líquidos.
PALAVRAS CHAVES: coagulação, efluentes industriais, cromo, remoção
INTRODUÇÃO
Reutilizar a água proveniente do processo produtivo torna-se importante à realidade das
indústrias em função da legislação ambiental ser cada vez mais restritiva e dos altos custos
envolvidos com o consumo de água. Assim, a busca de soluções para reciclar e
reaproveitar resíduos líquidos, implica também na necessidade de redução da descarga dos
efluentes líquidos (FÉRIS, 2001). No que se relaciona à gestão de resíduos, é importante
observar a importância da aplicação correta dos princípios de uma produção mais limpa. A
minimização, recuperação, transformação e disposição ambientalmente correta de resíduos
e efluentes tem sido adotada pela maioria dos países industrializados como forma de
desenvolvimento de novas estratégias de produção (FRANKEMBERG, 2000; FERIS et al.,
2004; PHILIPP et al., 2004).
Os processos de curtimento de couros e peles apresentam significativas variações entre as
empresas, tendo em vista escolhas individuais de tecnologias e da necessidade de
satisfação quanto às especificações e características do produto final a ser obtido. As
diferenças encontradas na tecnologia utilizada pelas empresas devem-se ao fato de existir
variável no consumo de água. No que diz respeito ao processo, pode-se afirmar que o
curtimento converte o colágeno, que é o principal componente do couro, em substância
imputrescível. Ainda, o curtimento confere a textura necessária e as características
químicas e físicas principais ao couro (JOST,1989).
A maior parte dos couros é curtida ao cromo em fulões, durante 4 a 24 horas, empregandose 8 a 12% de sal de cromo curtente (complexos hidratados de sulfato de cromo trivalente
basificado, contendo 22 a 25% de Cr2O3). Os fulões são equipamentos que consistem em
grandes recipientes cilíndricos de madeira, aço inoxidável ou poliéster revestido com fibra
de vidro. O regime de produção em batelada é ainda o método mais utilizado, no qual as
dimensões dos fulões variam de 1 a 5 m de altura e largura, com capacidades variando de
alguns quilogramas até 20 toneladas ou mais. O consumo de água nos fulões é variável,
dependendo do tipo de pele, mas para efeito de cálculo estima-se o consumo de 30 litros
de água por quilo de pele somando-se ao consumo de grandes volumes em limpeza
(lavagem de pisos e fulões). Com isso, o consumo nominal de água de processo na maior
parte dos curtumes aumenta em pelo menos 50%. Um consumo nominal de 30 litros de
água por quilo de pele pode apresentar um consumo real superior a 45 litros de água por
quilo de pele (JOST,1989).
O cromo, na forma hexavalente, apresenta efeito nocivo à vida aquática. Todavia, os
despejos de curtume apresentam cromo na forma trivalente, que é menos tóxica. Na forma
trivalente, o cromo pode ser precipitado, e recolhido na forma sólida em decantadores no
tratamento primário, permitindo que o líquido clarificado prossiga o tratamento contendo o
menor teor possível de cromo na forma solúvel (TAYLOR, 1993).
O uso de sais de alumínio e ferro, como reagentes coagulantes, têm demonstrado eficiência
ao longo dos anos nos processos de coagulação. O sulfato de alumínio, por exemplo,
promove a anulação das cargas das partículas e dos colóides presentes, de forma a gerar
um precipitado que, por mecanismos de varredura, adsorção e co-precipitação concentra e
separa a maior carga dos poluentes presentes no efluente. Como conseqüência, o
clarificado produzido torna-se mais adequado para encaminhamento à etapa do tratamento
biológico (NUNES, 2001).
Nesse contexto, o presente trabalho visa estudar a eficiência de um subproduto industrial
aplicado como coagulante, nomeado nesta pesquisa como W7. Este é proveniente da
drenagem do vaso separador de uma planta petroquímica, o qual é composto de uma
solução aquosa de cloreto de alumínio a 7% massa/ volume em pH ácido.
EXPERIMENTAL
MATERIAIS E REAGENTES
Amostras de efluente: Foram coletadas amostras significativas de efluentes de curtimento
gerados em um curtume da região sul do Brasil. Os resíduos líquidos são provenientes dos
fulões de curtimento ao cromo e foram dispostos em galões de 20 litros para a etapa de
análise no Laboratório de Resíduos da ULBRA – Canoas. Conservação de amostras foi
realizada de acordo com Standard Methods (2000).
Vidraria: copo béquer, provetas graduadas, pipetas graduadas, pipetas volumétricas, cone
imhoff, bastão de vidro, balão volumétrico.
Reagentes: As soluções dos reagentes coagulantes empregados foram preparadas em
concentração 1000 mg/L de sulfato de Alumínio (AL2(SO4)3.18 H2O) e cloreto férrico
(FeCL3). O coagulante alternativo (W7) foi diluído a 1000 mg/L em AlCl3. O ácido nítrico P.A.
(Merck) foi utilizado para acidificar as amostras de clarificado obtido, para ser enviadas a
análise de espectrometria de absorção atômica. O hidróxido de sódio (NaOH), utilizado
como alcalinizante, apresentou, pureza analítica (reagentes Merck).
MÉTODOS
Ensaios de Coagulação: Estes ensaios foram realizados em Teste de Jarros utilizando
frascos de 800 mL, aplicando 4 bateladas de amostras por coagulante, com 200 mL de
efluente de curtimento ao cromo (vide Figura 1). As amostras foram colocadas nos frascos
e a agitação foi ajustada para perfeita homogeneização a 50 rotações por minuto. O pH das
amostras foi ajustado em 8,0 com hidróxido de sódio, com tempo de residência de cinco
minutos. Para a coagulação, foram adicionadas as dosagens estabelecidas dos
coagulantes para cada ensaio e a agitação passou a 200 rotações por minuto. Após a
rápida agitação a mesma foi reduzida a 50 rotações por minuto, por 10 minutos para a
formação dos coágulos.
Figura 1: Equipamento teste de jarros (jar test), Laboratório de Resíduos ULBRACANOAS.
Posteriormente ao ensaio em teste de jarros, as amostras foram submetidas ao ensaio de
sedimentação em proveta (vide figura 2), com o objetivo de avaliar os volumes de
clarificado e de lodo formados, em função da dosagem aplicada do coagulante. O líquido
clarificado foi submetido à análise de espectroscopia de absorção atômica para determinar
o teor de cromo residual.
Figura 2: Ensaio de sedimentação em provetas
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As principais características do efluente de curtimento contendo sais de cromo e suas
propriedades físicas encontram-se relacionadas na Tabela 1.
Tabela 1: Caracterização média do efluente de curtimento ao cromo
Características da amostra
Valor determinado
PH
3,6
Temperatura ºC
20
Densidade (g/mL)
1,025
Sólidos totais (g/L)
81,11
Sólidos decantáveis (mL/L)
90
DBO5 (mg/L)
190
DQO (mg/L)
792
Teor de Cromo (mg/L)
2918
Turbidez (NTU)
1,28
A Tabela 1 mostra o elevado teor de cromo (2918 mg/L) presente no efluente. A relação
DQO/DBO deste efluente atinge valor aproximado a 4,16, mostrando que o efluente tem
difícil degradabilidade. Tal fato indica que o mesmo não contém matéria orgânica, tendo
composição predominante inorgânica.
O presente estudo apresenta os resultados destacando o comportamento do processo de
coagulação utilizando-se diferentes reagentes: sulfato de alumínio, cloreto férrico e o
coagulante alternativo W7. Como exposto anteriormente, objetiva-se verificar a eficiência do
reagente alternativo de forma comparativa aos reagentes aplicados convencionalmente.
1. COAGULAÇÃO COM SULFATO DE ALUMÍNIO
A hidrólise do cátion Al+3, conforme as reações 1 e 2, no processo de coagulação resulta na
formação de hidróxido gelatinoso com a alcalinidade do meio, produzindo agregados
floculentos que ao precipitarem adsorvem o íon cromio (III), estando este hidrolisado
(Hartinger, 1994). Nos ensaios de coagulação realizados em teste de jarros, a concentração
ideal de sulfato de alumínio relacionada com o teor de remoção de cromo do clarificado
atingiu concentrações entre 30 e 160 mg/L de coagulante por volume fixo de efluente da
amostra. A Figura 3 representa o comportamento com o coagulante Al2 (SO4)3.
Al2(SO4)3 ↔ 2Al+3 + 3SO4-2
+3
Al
(1)
+ 3H2O → Al(OH)3 ↓ + 3H
+
(2)
Tabela 2: Concentração do coagulante sulfato de alumínio e teores de remoção de cromo
após coagulação no clarificado. Condições: pH ajustado em 8,0; volume de efluente 200
mL; concentração inicial de cromo 2918 mg/L.
Concentração do coagulante
no ensaio (mg/L)
30
70
130
160
Concentração de cromo
residual no clarificado (mg/L)
2,00
2,08
0,95
0,54
Os valores apresentados na Tabela 2 mostram o efeito da concentração de sulfato de
alumínio em função do teor de cromo residual detectado por absorção atômica, os quais
representam 4 resultados significativos de um total de 15 ensaios de coagulação, variando
as dosagens de sulfato de alumínio de 10 mg/L a 160 mg/L.
Concentração Cromo Residual mg/L
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Concentração Coagulante Sulfato de Alumínio mg/L
Figura 3 : Remoção do Cromo em função da concentração do coagulante sulfato de
alumínio. Condições: pH ajustado 8,0; tempo de coagulação teste de jarros 17 minutos;
volume de amostra de efluente 200 mL; concentração inicial de cromo no efluente 2918
mg/L
2. COAGULAÇÃO COM CLORETO FÉRRICO
O íon Fe+3 forma Fe(OH)3, por reação com a água (hidrólise), de forma análoga ao cátion
alumínio, conforme a reações 3 e 4 (Hartinger, 1994). O estudo realizado apresenta o
comportamento deste coagulante na Figura 4. Observa-se que as melhores condições de
coagulação foram obtidas em dosagem do cloreto férrico entre 30 mg/L e 160 mg/L, por
volume fixo de amostra efluente.
FeCl3 → Fe+3 + 3Cl-
(3)
Fe+3 + 3H2O → Fe(OH)3↓+ 3H+
(4)
Tabela 3: Concentração do coagulante cloreto férrico e teores de remoção de cromo no
clarificado. Condições: pH ajustado 8,0; volume de efluente 200 mL; concentração inicial
de cromo 2918 mg/L.
Concentração do
Coagulante no ensaio (mg/L)
30
70
110
160
Concentração de cromo
residual no clarificado (mg/L)
1,08
1,15
0,95
0,41
Os valores da Tabela 3 mostram a concentração residual de cromo obtida no clarificado
após aplicação de diferentes dosagens de coagulante. Os valores representam 4 resultados
significativos de um total de 15 ensaios de coagulação, variando as dosagens de cloreto
férrico de 10 mg/L a 160 mg/L.
Concentração Cromo Residual mg/L
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Concentração Coagulante Cloreto Férrico mg/L
Figura 4: Remoção de cromo em função da concentração do coagulante cloreto férrico.
Condições: pH ajustado 8,0; Tempo de coagulação teste de jarros 17 minutos; volume de
amostra de efluente 200 mL; Concentração inicial de cromo no efluente 2918 mg/L.
3. COAGULAÇÃO COM COAGULANTE EXPERIMENTAL W7
O coagulante experimental W7 apresenta em sua composição básica uma solução aquosa
de cloreto de alumínio AlCl3 a 7% massa/volume, em pH 1,2. O comportamento deste
coagulante é apresentado na Figura 5, sendo que nas condições de coagulação, a
concentração aplicada de W7 foi no intervalo entre 30 mg/L e 160 mg/L por volume fixo de
amostra efluente. A tabela 4 apresenta as dosagens ideais de estudo e o teor de cromo
residual do clarificado.
Tabela 4: Concentração do coagulante experimental W7 e teores de remoção de cromo no
clarificado. Condições: pH inicial = 1,2 pH ajustado 8,0; volume de efluente 200 mL;
concentração inicial de cromo 2918 mg/L.
Concentração do Coagulante no
ensaio (mg/L)
30
60
120
160
Concentração de cromo residual
no clarificado (mg/L)
1,31
0,98
0,73
0,23
Os valores obtidos na Tabela 4 apresentam a concentração residual de cromo no produto
clarificado proveniente do processo de coagulação com aplicação de diferentes dosagens
de W7. Esses valores representam as melhores condições experimentais encontradas em
um total de 15 ensaios de coagulação, variando as dosagens do coagulante W7 de 10
mg/L a 160 mg/L.
Concentração Cromo Residual mg/L
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Concentração Coagulante W7 mg/L
Figura 5: Remoção de cromo em função da concentração do coagulante experimental W7.
Condições: pH ajustado 8.0; Tempo de coagulação teste de jarros 17 minutos; volume de
amostra de efluente 200 mL; Concentração inicial de cromo no efluente 2918 mg/L.
Os dados apresentados na Tabela 5 mostram que a dosagem de 160 mg/L para cada
coagulante apresentou melhor rendimento de remoção de cromo do efluente. Pode-se
observar que o coagulante W7 apresentou comportamento análogo ao cloreto férrico e ao
sulfato de alumínio. Concentrações superiores a 160 mg/L de coagulante foram realizadas,
até o limite de 800 mg/L de coagulante, quando observou-se diminuição do pH do meio e
aumento da concentração de cromo residual no clarificado.
Tabela 5: Dosagens mínima e máxima de cada coagulante testado e os resultados
obtidos de turbidez residual do clarificado, teor de cromo residual do clarificado e o volume
de clarificado obtido na sedimentação em proveta após 18 horas. Condições: 200 mL de
efluente, pH = 8,0.
Concentração do
Coagulante (mg/L)
30 em Al2SO4
160 em Al2SO4
30 em FeCl3
160 em FeCl3
30 em W7
160 em W7
Turbidez do
Clarificado (NTU)
2,0
1,15
0,65
0,35
0,15
0,45
Teor de cromo
residual (mg/L)
2,0
0,54
1,18
0,41
1,31
0,23
Volume (mL)
90
110
80
120
80
120
CONCLUSÕES
O estudo experimental da eficiência do coagulante W7 no tratamento físico-químico de efluentes
líquidos de curtimento ao cromo permitiu determinar parâmetros de utilização do reagente W7 como
coagulante e comparar sua utilização a reagentes convencionais. Foi possível obter uma eficiência
de remoção de cromo em 99% e concentração residual do íon abaixo de 0,2 mg/L. Os
experimentos objetivaram atingir um menor teor de cromo residual no líquido clarificado, volume e
pH final adequado para liberação no corpo receptor e a não utilização de floculantes.
A qualidade do clarificado permite o retorno do efluente tratado ao processo produtivo, diminuindo
assim custos operacionais e de energia. Conclui-se por fim que o reagente coagulante alternativo
W7, subproduto industrial, apresenta bom potencial para utilização como reagente coagulante no
tratamento de efluentes contendo íons cromo trivalente dissolvidos.
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