UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL
Área de Concentração: Tecnologia Ambiental
DISSERTAÇÃO
REUSO DO EFLUENTE DO PROCESSO DE MERCERIZAÇÃO NO
TINGIMENTO DE MALHA DE ALGODÃO
RUBENS FERRARI
BLUMENAU
2007
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
RUBENS FERRARI
REUSO DO EFLUENTE DO PROCESSO DE MERCERIZAÇÃO NO
TINGIMENTO DE MALHA DE ALGODÃO
Dissertação apresentada como requisito parcial à
obtenção do grau de Mestre ao Curso de Mestrado em
Engenharia
Ambiental,
Centro
de
Ciências
Tecnológicas, da Fundação Universidade Regional de
Blumenau – FURB.
Orientador: Dr. José Alexandre Borges Valle
Co-Orientador: Dr. Jürgen Andreaus
BLUMENAU
2007
REUSO DO EFLUENTE DO PROCESSO DE MERCERIZAÇÃO
NO
TINGIMENTO DE MALHA DE ALGODÃO
por
RUBENS FERRARI
Dissertação aprovada como requisito para obtenção do título de Mestre no Programa de PósGraduação em Engenharia Ambiental na Universidade Regional de Blumenau – FURB.
Prof. Dr. José Alexandre Borges Valle
Orientador
Prof. Dr. Adilson Pinheiro
Coordenador
Banca examinadora:
Prof. Dr. José Alexandre Borges Valle
Presidente
Prof. Dr. Antônio Augusto Ulson de Souza
(Membro Externo)
Prof. Dr. Edelberto Luiz Reinehr
Profa. Dra. Ivonete Oliveira Barcellos
Blumenau, Novembro de 2007.
Aos meus pais, pelo apoio e incentivo
em todos os momentos de minha vida.
A minha querida esposa e minhas filhas pela
alegria de tê-las comigo todos os dias.
AGRADECIMENTOS
Ao professor Jose Alexandre Borges Valle e o professor Jürgen Andreaus, pela sua
dedicação e orientação deste trabalho.
À empresa Malharia Brandili Ltda, pelo apoio na realização das análises químicas e
físicas, cedendo equipamentos e materiais necessários à realização deste trabalho.
Ao Sr. Patrick L. Stolfi e a Professora Rita Valle pelo apoio e colaboração na realização
deste trabalho.
A Professora Griseldes Boss pelo apoio na liberação do Laboratório de Engenharia Têxtil
da Furb para a realização dos ensaios deste trabalho.
Aos meus amigos Rolf, Edson, Laércio e Vilson apoiadores na troca de idéias.
E a todas as pessoas que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização e
conclusão deste trabalho.
RESUMO
O consumo de água tende a aumentar com o crescimento da atividade industrial, e em
particular, o setor têxtil vem se preocupando com a conservação deste recurso natural, uma vez
que a água é um recurso finito em nosso planeta e o seu consumo em áreas como o
beneficiamento representa cerca de 90% do consumo geral desta indústria. A criação de leis
ambientais mais rígidas para a utilização deste recurso natural tem levado as indústrias a
buscarem alternativas que minimizem o seu consumo, bem como os custos, procurando, desta
forma, reduzir principalmente os impactos ambientais. Neste sentido, o presente trabalho
apresenta um estudo sobre o reuso de efluente proveniente do tratamento alcalino de algodão
(mercerização) no tingimento de tecidos de malha, da mesma fibra, com corantes reativos. Para
esta finalidade o efluente de uma mercerizadeira foi coletado e caracterizado referente ao pH, cor,
alcalinidade total, dureza total, DQO, teor de cloretos, sódio, sólidos totais dissolvidos, turbidez e
condutividade. E, então neutralizado para uso no processo de tingimento. Com o efluente
neutralizado foram realizados tingimentos de tecidos de malha de algodão 100% com bicromias
de corantes reativos das classes monoclorotriazina e vinilsulfônico variando-se a quantidade de
eletrólito. Os resultados obtidos mostraram que a utilização deste efluente foi possível com
pequenos ajustes nas receitas sem afetar significativamente a qualidade do tingimento (∆E, força
colorística e solidez à lavagem). A quantidade total de água industrial economizada chegou a
15,5% em média para as classes de corante sendo possível chegar até a 5.364 m3/ano dependendo
das condições de processo, que consequentemente reduz a quantidade de água na ETA e também
do efluente na ETE minimizando através deste reuso, a necessidade deste recurso natural e
também o impacto ambiental, além da redução dos custos. Além disso, foi possível reduzir o
consumo de eletrólito (sulfato de sódio) em aproximadamente 17%, bem como a sua carga
contaminante na ETE, pois o mesmo foi gerado no processo da neutralização do efluente. Com o
reuso obteve-se um produto final com a mesma qualidade, economizou-se em água industrial, em
eletrólito e em menor quantidade de efluente tratado, gerando assim, um menor impacto
ambiental.
PALAVRAS-CHAVE: Reuso de Efluente, Tingimento, Mercerização, Algodão.
ABSTRACT
The water consumption tendency increase with the increasing industrial activity and in
specific, the textile area has been worring about this natural resources, once the water is a finish
resource in our planet and its consumption in the areas how finishing process represents
approximately 90% of the general consumption on this industry. The creation of environment
laws more severe for the utilizations on this natural resources has brought the industries to search
for alternatives which minimize its consumption as well as the cost and hence trying to reduce
mainly the environmental impacts. In this purpose the work present a study about the reuse of the
effluent of alkalinity treatment of cotton (mercerizing) in the knitting fabrics dyeing same fiber
with reactive dye. For this finality the mercerize machine effluent’s has been collected and
characterized referring to pH, color, total alkalinity, total hardness, DQO, concentrations or
chlorine, sodium, total dissolved solids, turbidity and conductivity and then neutralized for using
in the dyeing process. With the neutralized effluent was realized dyeing of 100% cotton knitting
fabrics with bicolors reactive dye of the monochlorotriazine and vinilsulphonic classes has been
alternating the salt quantity. The results obtained showed that a utilization this effluent was
possible with a little adjustment in this recipe without affecting significantly the quality (∆E,
degree of color and washing firmness) of the dyeing. The total quantity of industrial water saved
arrived at 15,5% in average for the dye class, it has been possible to arrive until 5.364 m3/year
depending of the process conditions, that consequently reduce the quantity water in the ETA so
of effluent in the ETE minimization through reuse, the necessity of this natural resource and also
the environmental impact, beyond of minimized cost. Beside, it was possible to reduce the salt
consumption (sodium sulphate) in approximate 17%, well as, of its contamination load in the ETE
because it was produced in the neutralized process of the effluent. With the reuse we obtain a final
product with the same quality, saved industrial water, salt and little quantity of treaty effluent,
generating so a little environmental impact.
KEY WORDS: Reuse of Effluent, Dyeing, Mercerization, Cotton fibers.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2.1
Opção de Gerenciamento de Resíduos.
24
Figura 2.2
Disponibilidade e Consumo de Água no Mundo.
26
Figura 2.3
Representação de Estrutura da Cadeia Celulósica.
35
Figura 2.4
Exemplo do Funcionamento de um Foulard.
39
Figura 2.5
Barca de Molinelo.
40
Figura 2.6
Máquina de Tingir tipo Jet.
41
Figura 2.7
Exemplo da Estrutura de um Corante Reativo (Reactive Black 5).
45
Figura 2.8
Máquina de Mercerizar – Sperotto – Malharia Brandili Ltda.
49
Figura 2.9
Tanque de Impregnação da Soda Cáustica.
49
Figura 2.10 Esquema Representativo do Mecanismo da Mercerização.
52
Figura 2.11 Eixo do Sistema de Cor CIELAB.
54
Figura 3.1
Esquema do Tubotest do Laboratório de Engenharia Têxtil.
68
Figura 3.2
Processo de Ensaboamento e Fixação para a Classe
Monoclorotriazina
70
Figura 3.3
Processo de Ensaboamento e Fixação para a Classe Vinilsulfônico.
70
Figura 3.4
Processo de Tingimento Atual da Empresa Brandili.
71
Figura 3.5
Processo Proposto neste Estudo.
71
Figura 4.1
Condutividade Média dos Banhos de Tingimento da Classe
Monoclorotriazina em Função da Concentração do Eletrólito.
Figura 4.2
84
Curvas de Correlação da Condutividade em Função da Concentração
de Sulfato de Sódio - MCT.
85
Figura 4.3
Condutividade Média dos Banhos de Tingimento da Classe
Vinilsulfônico em Função da Concentração do Eletrólito.
Figura 4.4
87
Curvas de Correlação da Condutividade em Função da Concentração
de Sulfato de Sódio - VS.
88
Figura 4.5
Avaliação Visual dos Tingimentos – Monoclorotriazina.
91
Figura 4.6
Avaliação Visual dos Tingimentos – Vinilsulfônico.
91
Figura 4.7
Eixo Cromático, Saturação e Luminosidade dos Tingimentos - MCT.
92
Figura 4.8
Eixo Cromático, Saturação e Luminosidade dos Tingimentos - VS.
92
Figura 4.9
Resultados dos Parâmetros Colorimétricos Analisados no
Espectrofotômetro - MCT.
93
Figura 4.10 Resultados dos Parâmetros Colorimétricos Analisados no
Espectrofotômetro - VS.
94
Figura 4.11 Valores Médios para a Força Colorística com seu Respectivo Desvio
Padrão - MCT.
96
Figura 4.12 Valores Médios para a Força Colorística com seu Respectivo Desvio
Padrão - VS.
97
Figura 4.13 Valores Médios para o Desvio de Cor com seu Respectivo Desvio
Padrão - MCT.
99
Figura 4.14 Valores Médios para o Desvio de Cor com seu Respectivo Desvio
Padrão – VS.
100
Figura 4.15 Comparativo do Teste de Solidez à Lavagem – MCT.
102
Figura 4.16 Comparativo do Teste de Solidez à Lavagem – VS.
102
Figura 4.17 Fluxo de Produção Empregado pela Empresa.
103
Figura 4.18 Novo Processo para Reutilização do Efluente da Mercerizadeira.
103
Figura 4.19 Vazão de Água Necessária para o Tingimento.
105
Figura 4.20 Consumo de Água por Quilograma de Substrato.
105
Figura 4.21 Redução na Quantidade de Sulfato de Sódio entre os Processos para
os Tingimentos com as Classes MCT e VS.
107
Figura 4.22 Comparativo da Carga na Saída do Tanque de Equalização entre os
Dois Processos.
109
Figura 4.25 Sistema Proposto para a Neutralização e Armazenamento do
Efluente.
111
LSTA DE TABELAS
Tabela 2.1
Desenvolvimento da Indústria Têxtil no Brasil
23
Tabela 2.2
Limites de Tolerância da Água para Utilização nos Processos Têxteis.
32
Tabela 2.3
Parâmetros do Efluente Têxtil Pós-tratamento com Lodo Ativado.
33
Tabela 2.4
Composição Química Aproximada do Algodão.
36
Tabela 2.5
Evolução e Classificação dos Corantes Sintéticos.
42
Tabela 2.6
Classificação dos Corantes por Aplicação.
43
Tabela 2.7
Carga de Produtos nas Águas Residuais das Indústrias Têxteis.
56
Tabela 2.8
Característica dos Efluentes dos Processos Têxteis para a Fibra de
Algodão.
56
Tabela 2.9
Característica dos Efluentes Têxteis.
59
Tabela 3.1
Receita do Processo de Mercerização.
65
Tabela 3.2
Receita do Processo de Tingimento.
69
Tabela 3.3
Processo de Tingimento Completo para a Classe Monoclorotriazina.
76
Tabela 3.4
Processo de Tingimento Completo para a Classe Vinilsulfônico.
76
Tabela 4.1
Análise dos Efluentes da Mercerizadeira de Malha de Algodão da
Empresa Brandili em Diferentes Datas.
Tabela 4.2
Características Físicas e Químicas Encontradas no Processo de
Mercerização.
Tabela 4.3
80
81
Condutividade Média dos Banhos de Tingimento com Água Industrial e
com o Efluente Neutralizado com os Corantes Monoclorotriazina
variando a Quantidade de Eletrólito.
83
Tabela 4.4
Quantidade de Sulfato de Sódio obtido Através das Curvas de
Correlação - MCT.
Tabela 4.5
85
Condutividade Média dos Banhos de Tingimento com Água Industrial e
com o Efluente Neutralizado com os Corantes Vinilsulfônico variando a
Quantidade de Eletrólito.
Tabela 4.6
Quantidade de Sulfato de Sódio obtido Através das Curvas de
Correlação – VS.
Tabela 4.7
89
Valores Médios da Força Colorística com seu Respectivo Desvio
Padrão – MCT.
Tabela 4.8
87
95
Valores Médios da Força Colorística com seu Respectivo Desvio
Padrão – VS.
97
Tabela 4.9
Valores Médios do Desvio de Cor (∆E) dos Tingimentos – MCT.
98
Tabela 4.10
Valores Médios do Desvio de Cor dos Tingimentos – VS.
100
Tabela 4.11
Teste de Solidez à Lavagem.
101
Tabela 4.12
Quantidade de Água Existente no Tanque de Equalização para o
Tingimento e a Redução de Água para ambas as Classes de Corante.
Tabela 4.13
Quantidade de Sulfato de Sódio Existente no Tanque de Equalização e a
redução da quantidade Deste para ambas as Classes de Corante.
Tabela 4.14
Tabela 4.15
104
107
Diferença da Carga do Efluente no Tanque de Equalização entre os
Dois Processos.
109
Comparativo da Carga Poluidora.
110
GLOSSÁRIO
STD
Sólidos Totais Dissolvidos
DQO
Demanda Química de Oxigênio
DBO
Demanda Bioquímica de Oxigênio
ETE
Estação de Tratamento de Efluentes
ETA
Estação de Tratamento de Afluentes
VS
Vinilsulfônico
MCT
Monoclorotriazina
∆E
Desvio de Cor
FC
Força Colorística
AOX
Orgonohalogenados Adsorvíveis
Be
Graus Báume
CI
Color Index
spm
Sobre o Peso do Material
Álcali
Carbonato de Sódio
Eletrólito
Sulfato de Sódio ou Cloreto de Sódio
D65
Iluminante Luz do Dia
L*
Claridade da Cor
a*
Eixo vermelho-verde
b*
Eixo amarelo-azul
C*
Saturação da Cor
H*
Tonalidade da Cor
DL*
Desvio de Claridade/Luminosidade
DC*
Desvio de Saturação/Intensidade
DH*
Desvio de Tonalidade
DE
Desvio total de Cor
% STR-SUM
Força Colorística
SC-LCH
Agrupamento de tons 555
uH
Unidade de Cor de escala Hanzen (platina cobalto)
BAI
Banho com Água Industrial no Início do Processo
BEI
Banho com Efluente da Mercerizadeira no Início do Processo
BAF
Banho com Água Industrial no Final do Processo
BEF
Banho com Efluente da Mercerizadeira no Final do Processo
EM
Efluente da Mercerizadeira
ET
Efluente do Tingimento
STE
Saída do Tanque de Equalização
ETR
Efluente do Tingimento com o Reuso do Efluente da Mercerizadeira
Benef.
Beneficiamento
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO
19
1.1
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO.
21
2
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
23
2.1
INDÚSTRIA TÊXTIL.
23
2.2
RECURSOS NATURAIS.
25
2.2.1
Indicadores de Qualidade da Água.
27
2.2.1.1
Indicadores de Qualidade Física.
27
2.2.1.2
Indicadores de Qualidade Química.
27
2.2.1.3
Indicadores de Qualidade Biológica.
28
2.2.2
Legislação Ambiental.
28
2.3
A ÁGUA NA INDÚSTRIA TÊXTIL.
29
2.3.1
Parâmetros de Qualidade da Água para o Reuso na Indústria Têxtil.
32
2.4
TÉCNICAS EM DESENVOLVIMENTO PARA REUSO DE
EFLUENTES TÊXTEIS.
33
2.5
FIBRAS TÊXTEIS.
34
2.5.1
Fibra de Algodão.
35
2.6
BENEFICIAMENTO TÊXTIL.
36
2.6.1
Tingimento.
37
2.6.1.1
Processo Contínuo (impregnação) e Semi-contínuo.
38
2.6.1.2
Processo Descontínuo (esgotamento).
39
2.6.1.3
Etapas do Tingimento.
39
2.6.1.4
Equipamentos de Tingimento por Esgotamento.
40
2.6.2
Corantes.
41
2.6.2.1
Classificação dos Corantes.
43
2.6.2.2
Corantes Reativos.
44
2.6.2.3
Constituição Química dos Corantes Reativos.
44
2.6.2.4
Tingimento com Corante Reativo.
46
2.6.2.5
Substantividade e Reatividade.
46
2.6.3
Mercerização.
47
2.6.3.1
Teoria da Mercerização.
50
2.6.3.2
Mercerização e o Meio Ambiente.
52
2.7
COLORIMETRIA.
53
2.8
CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES TÊXTEIS.
55
3
MATERIAL E MÉTODOS
60
3.1
CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE.
60
3.1.1
Determinação de Alcalinidade Total – Método Titulométrico.
61
3.1.2
Determinação de Cloretos – Método Titulométrico.
62
3.1.3
Determinação de Dureza – Método Titulométrico.
62
3.1.4
Sólidos Totais Dissolvidos (STD) – Método Gravimétrico.
63
3.1.5
Turbidez, Cor, Condutividade, pH e DQO.
64
3.2
RECEITA DE MERCERIZAÇÃO.
64
3.3
EXTRATO AQUOSO DO ALGODÃO.
65
3.4
NEUTRALIZAÇÃO DO EFLUENTE.
65
3.5
TINGIMENTO.
66
3.6
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO DO TINGIMENTO.
72
3.6.1
Avaliação da Diferença de Cor (∆E) e Força Colorística.
72
3.6.1.1
Análise de Variância – ANOVA.
73
3.6.2
Teste de Solidez à Lavagem.
74
3.7
ANÁLISE DA REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E DE
ELETRÓLITO.
75
3.7.1
Quantidade de Água Utilizada no Processo de Tingimento da Empresa.
75
3.7.2
Vazão de Água Necessária para o Processo Empregado na Empresa.
77
3.7.2.1
Vazão no Processo da Mercerizadeira.
77
3.7.2.2
Vazão para o Processo de Tingimento.
77
3.8
DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO.
77
4
RESULTADOS E DISCUSSÕES
79
4.1
CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE.
79
4.2
QUANTIFICAÇÃO DO ELETRÓLITO GERADO NA
NEUTRALIZAÇÃO DO EFLUENTE DA MERCERIZADEIRA.
4.2.1
Quantificação do Eletrólito Gerado Através da Medida da Condutividade
– Classe Monoclorotriazina (MCT).
4.2.2
82
82
Quantificação do Eletrólito Gerado Através da Medida da Condutividade
– Classe Vinilsulfônico (VS).
86
4.3
RESULTADOS DO TINGIMENTO.
90
4.3.1
Avaliação das Propriedades Tintoriais.
90
4.3.1.1
Tingimento com Monoclorotriazina (MCT) – Força Colorística.
94
4.3.1.2
Tingimento com Vinilsulfônico (VS) – Força Colorística.
96
4.3.1.3
Desvio de Cor (∆E) para Tingimento com a Classe Monoclorotriazina.
98
4.3.1.4
Desvio de Cor (∆E) para Tingimento com a Classe Vinilsulfônico.
99
4.3.1.5
Teste de Solidez à Lavagem.
101
4.4
ANÁLISE DE ECONOMIA DO PROCESSO PROPOSTO (BALANÇA
102
DE MASSA).
4.4.1
Redução do Uso de Água.
102
4.4.2
Redução de Sulfato de Sódio (eletrólito).
106
4.4.3
Qualidade do Efluente do Tingimento para a Classe Vinilsulfônico.
108
4.4.4
Sistema Proposto para o Reuso do Efluente da Mercerizadeira.
110
5
CONCLUSÕES E SUGESTÕES
112
REFERÊNCIAS
115
19
1 INTRODUÇÃO
O consumo de água tende a aumentar com o crescimento da indústria, e o seu uso racional
torna-se imprescindível, uma vez que a água é um recurso finito em nosso planeta.
Santa Catarina é um pólo importante da indústria têxtil no Brasil. O processo produtivo
têxtil neste Estado, de modo geral, apresenta um recurso tecnológico baseado nos moldes
internacionais, adaptado à realidade de mercado e à economia brasileira (MARTINS, 1997).
O Estado de Santa Catarina tem seu pólo têxtil localizado principalmente no Vale do Itajaí,
onde apenas na bacia hidrográfica do rio Itajaí-Açú encontram-se 949 indústrias e o Estado de
Santa Catarina ocupa a segunda posição no ranking nacional dentro do setor têxtil e tem sua
representatividade por meio de 15,50 % na Cadeia Têxtil e com estimativa de US$ 5.110,60 (em
milhões) (ABIT, 2007).
Conforme dados econômicos da ABIT, o pólo têxtil do Vale do Itajaí é o segundo da
América Latina, e o primeiro no processamento de malha de algodão. Essa região processa
aproximadamente 275 mil toneladas/ano de malha de algodão, consumindo aproximadamente 10
milhões de m3 de água e emitindo aproximadamente 150 mil toneladas/ano de resíduos diluídos
nos efluentes e que são jogados nos corpos d’água (ABIT, 2004).
As empresas vivem num cenário mundial altamente competitivo enfrentando pressões para
melhorar a produtividade, baixar custos de produção, melhorar a qualidade, etc. Os sistemas que
regem os processos produtivos, inspirados nas máquinas, seguem um fluxo linear (extrair,
produzir, vender, usar, descartar), não sustentável a longo prazo. Para impulsionar
empreendimentos que não prejudiquem o tecido social e ambiental e sejam financeiramente
viáveis, faz-se necessário basear-se no modelo circular dos sistemas vivos: produzir, reciclar,
regenerar. Trata-se de consumir os lucros energéticos (solar, eólico) em vez de devorar o capital
natural (petróleo, gás) e projetar sistemas com “desperdício zero”, nos quais o resíduo de um
processo seja o nutriente de outro (CARSTED e SENGE, 2001).
Para controlar a poluição gerada pela descarga de efluentes líquidos, muitas das indústrias
empregam sistemas de tratamento de efluentes bastante eficientes. Mas existem empresas que
apresentam sistemas inadequados, se tornado uma importante fonte de poluição dos mananciais
superficiais. A solução destes problemas exige grandes investimentos financeiros no processo
20
industrial, enquanto que a reparação do dano ambiental, por sua vez, exige investimentos de
várias ordens superiores (BRANDÃO, 1998).
Para Connell (1995), o impacto ambiental causado pelos processos produtivos das indústrias
têxteis pode ser dividido em dois grandes grupos: consumo de recursos naturais e geração de
resíduos. No consumo de recursos naturais, o maior problema é a grande quantidade de água
usada para o seu processamento, que no caso de tingimento de malha de algodão pode ser de 30 à
100 litros de água para cada quilograma de tecido. A geração de resíduos provocada por uma
indústria têxtil nos processos de tingimento, em geral, ocorre quando do lançamento
principalmente dos efluentes contendo: metais pesados, soda cáustica, cloretos, sulfatos, acrilatos,
detergentes, álcalis, ácidos e outros compostos poluentes nos corpos d’água (SLADE, 1998).
Existe um grande interesse das indústrias em reduzir a poluição no processo industrial, não
apenas na estação de tratamento, mas em cada etapa da cadeia produtiva. Através do
reaproveitamento de efluentes líquidos e da recuperação de produtos e subprodutos, diminuindo
além dos volumes de água requeridos, os custos de tratamento de água, tratamento de efluentes e
do consumo de produtos químicos. Com a redução destes itens, a indústria torna-se mais
competitiva, com o aumento de investimentos principalmente na ordem social através da geração
de novos empregos (PITOLI, 2000; TRALLI, 2000).
Segundo Martins, (1997) as indústrias preferem tecnologias de tratamento que tornam
possível reusar no processo de produção tanto a água quanto, sempre que possível, as substâncias,
de alto valor agregado, contidos no efluente.
De acordo com Melo (2005), estas tecnologias visam aumentar a eficiência no uso de
insumos, água e energia, através da minimização ou reciclagem de efluentes gerados no processo
produtivo da indústria têxtil. Para assim gerar um menor volume de efluentes, além de diminuir a
captação de água bruta. Outro aspecto importante é que a reutilização da água preserva o meio
ambiente, reduz os riscos de penalizações advindas de danos ambientais, e acaba favorecendo a
obtenção de selos e certificados ambientais como, por exemplo, a ISO-14000.
Assim, os custos de investimento podem ser compensados através da economia com a
redução dos custos da água utilizada e do tratamento de efluentes. De acordo com o tipo de
tecnologia existente na indústria, pode existir situação favorável ou não para o reuso direto ou
indireto dos efluentes líquidos. Um sistema de reuso do efluente aumentará a segurança de que o
21
processo produtivo não sofrerá as conseqüências de falta d’água. Porém, se não for utilizado um
sistema para adequação dos efluentes, tanto às restrições do processo quanto aos índices de
qualidade, este efluente ou os produtos recuperados não poderão ser utilizados no processo de
forma nobre (MARTINS, 1997).
Além disto, o tingimento é um processo químico têxtil que visa conferir a cor e o aspecto
final aos artigos têxteis, importantes parâmetros utilizados pelo consumidor na escolha de tecidos.
É a etapa que mais consome recursos naturais e gera resíduos, principalmente nos processos em
descontínuo usados para o processamento de tecidos de malha. Isso ocorre em parte por
negligência e descuido de algumas empresas e em parte por desconhecimento de novas
tecnologias de tingimento em termos de procedimentos, produtos, equipamentos e ferramentas de
controle e gestão de processos, que se associadas podem diminuir tanto a emissão de resíduos
como a demanda por recursos naturais (MODAK, 1996).
Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar um procedimento de reuso de
água utilizada no processo de mercerização, que depois de neutralizada contém em sua
composição certa quantidade de sulfato de sódio, um dos eletrólitos empregados na fase inicial do
tingimento da fibra de algodão com corantes reativos. Este efluente substituirá parte da água
industrial utilizado para o tingimento das fibras de algodão, reduzindo o consumo de água e a
geração de efluentes. Isto poderá gerar menos impactos ambientais negativos e reduzir a
quantidade de sulfato de sódio que é adicionada no tingimento. Então, buscou-se quantificar a
redução do impacto negativo devido ao uso do efluente neutralizado da mercerizadeira de modo a
não influenciar na qualidade final do tingimento e ao meio ambiente.
Para alcançar o objetivo geral do trabalho, caracterizaram-se os banhos de descarte da
mercerizadeira e foram analisados os substratos tingidos com esta água descartada.
1.1 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO.
A presente dissertação é composta de cinco tópicos, conforme descrito a seguir:
22
Fundamentação Teórica
Neste capítulo são apresentados os principais trabalhos encontrados na literatura, enfocando
os recursos hídricos, a água na Indústria Têxtil, os processos de beneficiamento, tingimento, os
efluentes, a mercerização e seu impacto ao meio ambiente.
Materiais e Métodos
São apresentados neste capítulo os materiais e os procedimentos experimentais utilizados
para a elaboração deste trabalho, bem como os métodos utilizados para a caracterização do
efluente (determinação de pH, condutividade, sólidos totais dissolvidos, teor de sódio, DQO,
cloreto, alcalinidade total, dureza total, cor, turbidez), análise espectrofotométrica da cor e solidez
à lavagem, neutralização do efluente, tingimento e lavação do substrato e os métodos de análise
para a determinação da eficiência do processo proposto.
Resultados e Discussões
No capítulo quatro são apresentados e discutidos os principais resultados obtidos neste
trabalho, incluindo a caracterização do efluente, os resultados encontrados na avaliação do
processo proposto, como por exemplo: comparativos da Força Colorística, Desvio de Cor (∆E) e
solidez à lavagem, as características dos efluentes gerados após o tingimento nas condições do
experimento e o balanço de massa.
Conclusões e Sugestões
Neste capítulo são apresentadas as principais conclusões obtidas neste trabalho e sugestões
para trabalhos futuros para melhorar a eficiência deste processo, bem como, a redução no impacto
ambiental.
23
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo são apresentados os principais trabalhos encontrados na literatura, enfocando
os recursos hídricos, a água no mundo e na Indústria Têxtil, os processos de beneficiamento,
tingimento, as características dos efluentes, o processo de mercerização e seu impacto ao meio
ambiente.
2.1 INDÚSTRIA TÊXTIL.
A Indústria Têxtil e de confecção representa 5,2% do faturamento da indústria de
transformação no Brasil e de 17,3% no número de empregados. A Tabela 2.1 mostra o
desenvolvimento da indústria têxtil nos últimos anos e a quantidade de produtos beneficiados em
processos a úmido no Brasil (ABIT, 2007).
Tabela 2.1 – Desenvolvimento da Indústria Têxtil no Brasil.
Características
1995
2004
2006
Nº Mão-de-obra
33.956
23.084
23.693
Benef. Fios (Ton)
83.166
301.151
322.167
Benef. Tecido Plano (Ton)
2.030.026
2.741.742
2.758.953
Benef. Malhas (Ton)
769.174
1.083.062
876.623
Fonte: ABIT, 2007.
O Estado de Santa Catarina possui um parque fabril dos mais avançados da América,
destacando o Vale do Itajaí como um dos maiores pólos têxteis do Brasil. O estado possui cerca
de 7.240 empresas têxteis e do vestuário. Santa Catarina se destaca no cenário nacional de
produção de têxteis pela grande concentração de empresas na região. Segundo ABIT (2007), esta
indústria em seus diferentes setores (tecelagem, confecções e malharias) emprega mais de 139 mil
funcionários e impulsionam a economia do Estado, concentrando, inclusive, às empresas líderes
na produção de artigos manufaturados de têxtil lar. O Estado é responsável por 15,5% do
24
faturamento total dos têxteis nacionais e por 20,4% do total de produtos exportados por toda a
cadeia têxtil brasileira. (ABIT, 2007).
O estado de Santa Catarina é o segundo maior pólo têxtil em volume de produção do Brasil,
respondendo por aproximadamente 26% do valor da transformação industrial catarinense (IBGE,
2005).
No Vale do Itajaí se encontra o maior pólo têxtil da América Latina. A região de Blumenau
se destaca como um dos maiores pólos têxteis de malha e tecidos de cama, mesa e banho.
Blumenau é considerada a capital do pólo têxtil catarinense, tido como o segundo maior do
mundo, com mais de 4.170 empresas (ABIT, 2007). Em Brusque se concentra um grande número
de indústrias direcionadas para os tecidos planos. Pode-se afirmar que a história da região se
confunde com a própria história da indústria têxtil no Brasil (CARREIRA, 2006).
Na Figura 2.1 é apresentado uma opção de gerenciamento de resíduos de acordo com a
resolução oficial da Comunidade Européia onde as empresas devem buscar aplicar procedimentos
e utilizar matérias primas e insumos não poluentes, tanto quanto possível, evitando a geração de
resíduos (KAMMRADT, 2004).
Figura 2.1 – Opção de Gerenciamento de Resíduos.
Fonte: KAMMRADT (2004, apud PAWLOWSKI, 2003).
A importância desse segmento industrial no Estado de Santa Catarina chama a atenção aos
aspectos ambientais relacionados com esta atividade. As operações de limpeza, tingimento e
acabamento em uma planta têxtil dão origem a um grande volume de descarga. A recirculação
25
desses rejeitos e recuperação dos produtos químicos e subprodutos constituem os maiores desafios
enfrentados pela indústria têxtil, com o objetivo de reduzir os custos com o tratamento de seus
rejeitos (SAUER, 2002).
2.2 RECURSOS NATURAIS.
Com a globalização do mercado, aliada à escassez de alguns recursos naturais como a água,
e a crescente exigência para processos ambientalmente corretos, torna-se imprescindível o uso
racional destes recursos naturais. As indústrias e o mercado necessitam adaptarem-se cada vez
mais rápido às tendências mundiais e às constantes mudanças nos conceitos de gestão, a fim de
estarem prontas para as oportunidades que são criadas com a introdução de novas tecnologias, de
novas idéias e de novos valores para os produtos.
A água é a substância mais abundante na Terra e o estoque natural de água existente no
planeta é da ordem de 1.386 milhões de km3. A água doce corresponde a uma fração mínima do
capital hídrico mundial, sendo que cerca de 97,5% da água do mundo correspondem à massa
líquida dos oceanos, mares e lagos salgados, sendo, portanto, imprópria para o consumo humano.
Apenas 2,5% restantes correspondem às águas doces, desse total 90% estão nos mananciais
subterrâneos e apenas 10% estão na superfície. Do total de água disponível para o consumo
mundial, cerca de 70% são utilizados na agricultura. A indústria é responsável por apenas 22%,
ficando os restantes 8% para uso doméstico conforme representado na Figura 2.2 (TOLEDO,
2004).
Segundo o Banco Mundial (BIRD), o consumo de água no mundo aumentará 50% nos
próximos 30 anos e quase metade da população global enfrentará grave escassez por volta de
2025. A falta de água afetará a maior parte da África, do Oriente Médio e do Sul da Ásia (MELO,
2005).
Segundo Sanin (1997), os maiores setores consumidores de água doce disponível são a
agricultura e a indústria.
26
Para Toledo (2004), até 2025 haverá um aumento de 50% no consumo de água nos países
em desenvolvimento e de 18% nos países desenvolvidos onde as indústrias serão responsáveis por
24% do consumo mundial de água, descartando de 300 a 500 milhões de toneladas de metais
pesados e outros despejos em rios, lagos e riachos.
Figura 2.2 - Disponibilidade e Consumo de Água no Mundo.
Fonte: TOLEDO, 2004.
De acordo com Conchon (1999), quando a água era barata, era normal uma indústria têxtil
ter uma relação de banho na ordem de 400 litros gerados de efluentes por quilo de produto têxtil
produzido. Mas com a escassez de água, e conseqüente elevação do seu custo, é possível
encontrar uma relação entre 50 e 60 litros de efluente/kg de produto, mesmo os grandes geradores
se encontram na marca de 100 L/kg.
Na indústria têxtil, cerca de 117 litros de água são consumidos para cada quilo de tecido
produzido. Logo, a minimização do consumo e da geração de efluentes, é uma importante meta
Catarinense, reduzindo o impacto ambiental e os custos na captação e tratamentos de efluentes
(FEITKENHAUER e MEYER 2001).
27
2.2.1 Indicadores de Qualidade da Água.
Para caracterizar a água, são determinados diversos parâmetros, os quais representam suas
características físicas, químicas e biológicas (WEILER, 2005).
2.2.1.1 Indicadores de Qualidade Física.
- Cor: resulta da existência, na água, de substâncias em solução: Ferro, Manganês, matéria
orgânica, algas, etc.;
- Turbidez: presença de material em suspensão;
- Temperatura: influi nas propriedades da água;
- Sabor e odor: resultam de causas naturais (algas, vegetação em decomposição, bactérias,
fungos, compostos orgânicos, etc.) e artificiais (esgotos domésticos e industriais).
2.2.1.2 Indicadores de Qualidade Química.
- pH;
- Alcalinidade: causada por sais alcalinos, principalmente formados por carbonatos,
bicarbonatos e hidróxidos. Corresponde a capacidade de neutralizar ácidos;
- Dureza: resulta da presença de sais alcalinos terrosos (Cálcio e Magnésio), ou de outros
metais bivalentes. Causa sabor desagradável e efeitos laxativos, além de reduzir a formação
de espuma do sabão e provocar incrustações nas tubulações de caldeiras (trocadores de
calor);
- Cloretos: conferem sabor salgado e propriedades laxativas á água;
- Ferro e manganês: causam coloração avermelhada ou marrom a água, manchando roupas,
além de conferir sabor e propiciar o desenvolvimento de bactérias causadoras de mau cheiro,
coloração e incrustações;
- Nitrogênio e fósforo: causam a eutrofização da água;
28
- Fluoretos: em concentrações adequadas são benéficos no combate as cáries; porém, em
concentrações elevadas, causam a fluorose dentária (mancha escura nos dentes);
- Oxigênio dissolvido: indispensável aos organismos aeróbios;
- Matéria orgânica (DQO, DBO): necessária aos organismos heterótrofos; porém em
concentrações elevadas causam problemas como: odor, cor, sabor, turbidez, remoção do
oxigênio dissolvido;
- Outros compostos inorgânicos e orgânicos: vários são tóxicos aos organismos vivos.
2.2.1.3 Indicadores de Qualidade Biológica.
- Coliformes totais e fecais: são indicadores de microrganismos patogênicos na água;
- Algas: responsáveis por grande parte do oxigênio dissolvido na água, pelo fenômeno da
eutrofização, causando cor, odor, sabor, toxicidade, turbidez, acúmulo de matéria orgânica,
redução do oxigênio dissolvido e corrosão.
2.2.2 Legislação Ambiental.
O Código das Águas foi o primeiro decreto a focar os recursos hídricos (Decreto nº. 24.643
de 1934), que estabeleceu regra para o aproveitamento de recursos hídricos com fins energéticos,
ainda vigente no país. No que diz respeito ao controle das cargas poluidoras dos efluentes
industriais, foi regulamentada em seguida, a Portaria GM 0013, de 15/01/1976. O detalhamento
dessa Portaria veio posteriormente através da Resolução nº. 20 do CONAMA, de 18/06/1986, que
contribuiu com a classificação das águas territoriais em termos de águas doces, salobras e salinas.
Uma nova versão dessa Resolução foi aprovada pelo CONAMA, a nº. 357 de 17/03/2005. A
Legislação Estadual (Lei nº. 5.793, de 15/10/1980 e Decreto nº. 14.250 de 05/06/1981) confirma a
Resolução 357 do CONAMA e faz pequenas ressalvas ou alterações.
A Lei Federal nº. 9.433/97, que institui a Política Nacional de Recursos Hídricos, estabelece
que seja cobrado o uso da água e o lançamento de efluentes em corpos hídricos em todo país. A
Lei Estadual 9.748 de 30/11/1994, que dispõe sobre a Política Estadual de Recursos Hídricos
29
descreve no Capítulo I que o uso da água para fins industriais deve ser objeto de cobrança e no
Capítulo III as diretrizes para a cobrança pela utilização dos recursos hídricos.
2.3 A ÁGUA NA INDÚSTRIA TÊXTIL.
Segundo Puigjaner et al. (2000), a água é principalmente usada na indústria para três
principais propósitos: ser incorporada em produtos específicos, como um fluido térmico para
propósito de aquecimento ou resfriamento e para eliminar componentes indesejáveis.
A água é utilizada na indústria têxtil, como meio de transporte para os produtos químicos
que entram no processo, bem como para a remoção dos excessos daqueles produtos considerados
indesejáveis para o substrato. A maior parte da carga contaminante contém impurezas inerentes a
matéria prima têxtil, tais como produtos adicionados para facilitar os processos de fiação e
tecelagem, produtos auxiliares e corantes eliminados durante as diferentes etapas do
beneficiamento. A qualidade e a quantidade de carga contaminada se encontram intimamente
relacionadas com as fibras utilizadas para elaborar os tecidos crus (SAUER, 2002).
De acordo com Melo (2005), a diminuição no consumo de água em vários processamentos
tem sido uma das metas da indústria têxtil, nos últimos anos. Notadamente na área de
beneficiamento, os esforços tem sido mais intensos, haja visto que representam cerca de 90% do
consumo geral da indústria. Através de modificações nos processos de beneficiamento e da
substituição de equipamentos antigos, é possível obter-se uma redução significante do consumo
de água. Há empresas que produzem tecidos de algodão, cujo processo de mercerização,
tingimento e estampagem é conseguido com um consumo médio de 60 m3 de água/tonelada de
tecido. Não há dúvida que a redução volumétrica provoca no efluente uma concentração em
proporção inversa, a DQO, por exemplo, alcança valores da ordem de 5.000 mg de O2/L. Isso
significa uma série de benefícios, dentre os quais se podem citar (CPRH, 2001):
- Menor custo operacional no tratamento de água;
- Menor custo operacional no tratamento de efluente;
- Menor consumo de auxiliares têxteis;
- Menor consumo de energia térmica.
30
Segundo Nunes (1996), é muito comum o desperdício de água quando a captação é própria
da indústria, pois os custos se resumem somente ao consumo de energia pelas bombas e a
manutenção destas. Com o consumo excessivo da água, a vazão afluente para a estação de
tratamento será maior, consequentemente as unidades terão maiores dimensões, consumo de
produtos químicos e de energia elétrica será mais elevado e os equipamentos deverão ser maiores
e mais potentes.
O custo associado para o uso da água em uma indústria depende de fatores diferentes, tal
como a fonte de fornecimento da água, o processo de produção, o nível de tecnologia, o meio de
administração do sistema, a condição geográfica, o sistema de tratamento de efluente e
distribuição. Apesar do custo da água ter um valor específico para cada planta, ele pode atingir
6% do custo de produção (ALMATÓ et. al., 1999).
No que se refere ao consumo da indústria, o setor têxtil consome aproximadamente 15% da
água. O potencial contaminante da indústria têxtil, em sua totalidade, é considerado médio, sendo
a tinturaria e o acabamento as etapas do processo produtivo têxtil mais contaminantes se
comparadas com a fiação e a tecelagem (TOLEDO, 2004).
Na produção de tecido de algodão, por exemplo, o consumo de água pode variar de 100 a
300 L/kg de tecido, ressaltando-se que a maior parte deste volume é consumido nas etapas de
lavagem, alvejamento, tingimento, estamparia e secagem (HASSEMER, 2006).
Segundo Faria (2004), por causa do aumento das exigências ambientais, as indústrias estão
se preocupando em reduzir o consumo de água e fazer o seu reuso.
De acordo com Hassemer (2006), numerosas operações são necessárias a fim de dar ao
tecido o máximo de propriedades, gerando assim em cada etapa diferentes despejos. A principal
origem dos efluentes gerados pelas indústrias têxteis é proveniente dos processos de lavagem,
tingimento e acabamento. Dado o grau de variedade de fibras, corantes, auxiliares e produtos de
acabamento em uso, esses processos geram efluentes de grande complexidade química.
Dependendo da origem, os efluentes apresentam normalmente vazões, cargas orgânicas,
condutividade devida aos sais e auxiliares de tingimento adicionados, e cor elevada, pH alcalino,
com contaminação principalmente em forma solúvel.
A qualidade da água utilizada no processo têxtil possui limites de tolerância e restrições que
variam de acordo com as necessidades do processo. Para Araújo e Castro (1986), a água é o
31
insumo em maior quantidade empregada no acabamento têxtil e deve seguir as seguintes
exigências de qualidade: ausência de sólidos em suspensão e substâncias que possam provocar
manchas durante o processamento dos artigos como sais de ferro, de manganês, cálcio, magnésio,
metais pesados, nitritos, cloro, etc.; não haver excesso de ácido nem álcali; o pH deve estar
compreendido entre 5 e 9, mas o mais próximo possível de 7; não ser corrosiva para tanques e
tubulações e ausência de substâncias que provocam a formação de espuma e cheiros
desagradáveis.
A racionalização do uso da água na indústria têxtil é possível ser conseguida com a
modernização dos equipamentos e incremento tecnológico nos processos e produtos visando uma
menor utilização desse recurso natural tão escasso.
Para minimizar o consumo de água é
necessário o monitoramento dos desperdícios diários no processo produtivo do mesmo modo que
se procede com outros insumos como o ar comprimido, energia térmica ou elétrica, visando à
contenção de despesas na empresa (TWARDOKUS, 2004).
Para Corrêa Jr. e Furlan (2003), o desafio é reduzir o consumo de água sem afetar a
otimização do processo, isto é, buscar a redução da captação sem afetar a rentabilidade do
negócio. Eles ainda salientam que certamente este tema ganhará destaque crescente, pois, em
maior ou menor medida, a escassez de água tende a ser um problema universal em futuro não tão
distante.
As indústrias utilizam sistemas de gestão ambiental para aumentar a sua produtividade, seja
na eficiência das máquinas, na redução dos custos ou agregando alguma característica ao produto
final, que possa valorizá-lo no mercado, gerando a menor quantidade de resíduos possíveis
(FREITAS, 2002).
A utilização da água dentro de uma indústria têxtil, mais especificamente no
beneficiamento, ocorre basicamente em todas as etapas, de modo direto nos processos de
preparação, tingimento, lavagem e amaciamento, e de modo indireto para realizar aquecimento ou
resfriamento dos processos acima.
O consumo de água também depende do tipo de equipamento, da fibra processada e do
processo utilizado (TWARDOKUS, 2004).
32
Para Twardokus (2004, apud LITTLE 1975), nem todos os processos precisam ter a mesma
exigência de qualidade. A Tabela 2.2 contém os limites de tolerância que definem os padrões de
qualidade da água para utilização em processos têxteis.
2.3.1 Parâmetros de Qualidade da Água para o Reuso na Indústria Têxtil.
A água na indústria têxtil já está sendo avaliada como um componente a mais nas planilhas
de custos das empresas e não apenas como um veículo no processo de tingimento de custo
irrisório. Está se buscando uma maneira de reutilizar os banhos de descarte diretamente ou
indiretamente, após o mínimo de tratamento possível, de forma a se viabilizar o reuso sem afetar a
qualidade do produto final ou aumentar excessivamente o custo do processo (TWARDOKUS,
2004).
Tabela 2.2 – Limites de Tolerância da Água para Utilização nos Processos Têxteis.
Qualidade ou
Tolerância
Qualidade ou
Tolerância
Substância
Substância
Turbidez
< 5 (uT)
Sulfato
< 250 (mg/L)
Sólidos Suspensos
< 5 (mg/L)
Sulfito
< 1 (mg/L)
Cor
< 5 (unidade Pt/Co)
Cloreto
< 250 (mg/L)
pH
7–9
Fosfato
Sem limite
Acidez/alcalinidade
< 100 (como NaHCO3)
Oxigênio Dissolvido
Sem limite
Dureza
< 70 (como CaCO3)
Dióxido de carbono
< 50 (mg/L)
Ferro
< 0,3 (mg/L)
Nitrito
< 0,5 (mg/L)
Manganês
< 0,05 (mg/L)
Cloro
< 0,1 (mg/L)
Cobre
< 0,01 (mg/L)
Amônia
< 0,5 (mg/L)
Chumbo e metais
< 0,01 (mg/L)
Óleos, graxas,
1 (mg/L)
Pesados
Sílica
gorduras, sabões
< 10 (mg/L)
Fonte: TWARDOKUS (2004, apud LITTLE 1975).
Sólidos Totais
< 500 (mg/L)
33
A recirculação destes efluentes e recuperação de produtos químicos e subprodutos
constituem os maiores desafios enfrentados pela indústria têxtil, com o fim de reduzir os custos
com o tratamento de seus efluentes (COELHO, 1996).
De acordo com Moran et al. (1997) e Talarposhti et al. (2001), as indústrias têxteis possuem
uma das mais altas cargas poluidoras em seu efluente, devido às variações em seus processos e
produtos utilizados tornando seus efluentes um composto complexo.
De acordo com Pelegrini (2006) os parâmetros mais importantes avaliados em um efluente
estão relacionados na Tabela 2.3, onde estes são comparados com valores permitidos pela
resolução do CONAMA 357 para águas de classe 2, que é a classe do rio que recebe o descarte do
efluente deste estudo.
Tabela 2.3 – Parâmetros do Efluente Têxtil Pós-tratamento com Lodo Ativado.
Efluente pós-tratamento
Parâmetros
CONAMA Nº 357
com lodo ativado
Cor Real – mg Pt/Co L-1
1012
75
Turbidez NTU
84
100
DBO – mg O L-1
45
5
DQO – mg O L-1
292
-
pH
7,94
6,0 a 9,0
3760
500
390
250
Sólidos Totais dissolvidos
-1
mg L
Cloreto total – mg L-1
Fonte: PELEGRINI (2006).
2.4 TÉCNICAS EM DESENVOLVIMENTO PARA REUSO DE EFLUENTES TÊXTEIS.
Em seu estudo, Pelegrini (2006), realizou vários experimentos em escala piloto, empregando
um tratamento eletroquímico em um efluente têxtil pós-tratado com lodo ativado visando
desenvolver um tratamento terceário para reuso de água. O resultado encontrado demonstrou-se
34
uma excelente metodologia a ser empregada para a depuração de efluentes têxteis com custo
similar ao tratamento da água de captação possibilitando o reuso deste efluente.
Quadros (2005), estudou a reutilização de um efluente têxtil após o tratamento com o
biopolimero quitosana e sulfato de alumínio sob diferentes concentrações, temperaturas e tempo
de contato, obtendo uma remoção de cor de até 90% para o efluente retirado do tanque de
equalização. O reuso deste efluente mostrou-se viável para o uso nos processos de pré-tratamento
e de tingimento mediante os excelentes resultados encontrados.
CARNEIRO et al. (2004), avaliaram a remoção de cor e a degradação do corante reativo por
meio de um eletrodo macro-filme de TiO2, observando-se que após 20 minutos de
fotoeletrocatalise que a remoção da cor era de 100%, observou-se ainda que os melhores meios
para remoção do NaCl do banho foi em pH >10 e o Na2SO4 foi em pH 6.
KOYUNCU (2002), estudou a remoção de corante e sal por nanofiltração, os efeitos de
concentração e a velocidade de fluxo, de forma a reciclar os corantes e o sal filtrado. Observou-se
que em concentrações de sal fixas o fluxo diminuiu com o aumento da concentração dos corantes
e a remoção da cor diminui com o aumento da concentração de sal.
2.5 FIBRAS TÊXTEIS.
As fibras têxteis podem ser divididas em dois grandes grupos denominadas fibras naturais e
sintéticas (artificiais e químicas).
As fibras naturais de origem vegetal são fibras essencialmente constituídas de celulose, a
qual se encontra sempre na natureza em combinação com outras substâncias, como exemplo a
lignina, gomas, resinas, gorduras, ceras e pigmentos. A análise por raios-X mostra que a celulose
tem estrutura cristalina, sendo um polissacarídeo de longa cadeia e alto peso molecular. As fibras
celulósicas naturais têm regiões amorfas, além de cadeias cristalinas e orientadas paralelamente.
As regiões amorfas se caracterizam por não possuírem um ordenamento das moléculas, estando
estas, portanto de forma aleatória. No tingimento de fibras celulósicas os corantes penetram na
fibra pelas regiões amorfas (TWARDOKUS, 2004).
35
Na Figura 2.3 esta a representação da seqüência de uma unidade glicosídica que compõe
cadeia celulósica, característica do algodão por exemplo (SALEM, 2000).
2.5.1 Fibra de Algodão.
A fibra de algodão é uma fibra vegetal que possui a celulose como o seu principal
componente químico. Depois da celulose, a cera constitui-se de grande importância, pois é
responsável pelo controle de absorção de água e funciona como lubrificante entre as fibras
durante os processos de fiação.
H
OH
CH2OH
H
O
OH
H
H
H
OH
H
H
O
H
O
H
H
H
O
CH2OH
OH
O
H
OH
H
H
O
O
H
10,3 Aº
OH
CH2OH
Figura 2.3 – Representação de Estrutura da Cadeia Celulósica.
Fonte: SALEM (2000).
O conhecimento da sua composição química é importante, pois esta influencia na adaptação
dos processos de beneficiamento têxtil. A Tabela 2.4 mostra a composição química média do
algodão onde o conteúdo celulósico é o elemento mais importante e aquele que comanda a maior
parte das propriedades físicas e químicas do algodão (SILVA, 2003).
Entre as propriedades químicas do algodão, pode-se afirmar que os ácidos orgânicos
diluídos a frio não atacam o algodão, porém, se após a impregnação com estes ácidos, secarmos o
substrato, este será danificado fortemente. O ácido sulfúrico concentrado e em ação prolongada
transforma o algodão em compostos solúveis como a dextrina. O algodão pode ser fervido em
36
soluções alcalinas sem ser prejudicado, sendo, porém, recomendável a eliminação do ar, pois a
presença do mesmo pode enfraquecer a fibra pela formação de oxi-celulose (TWARDOKUS,
2004).
Tabela 2.4 - Composição Química Aproximada do Algodão.
Composição
Conteúdo (%)
Celulose
94,0
Proteínas
Cinzas
Pectinas
1,3
1,2
0,9
Ácidos Orgânicos
0,8
Ceras
Açúcares totais
0,6
0,3
Outros
Fonte: SILVA (2003).
0,9
2.6 BENEFICIAMENTO TÊXTIL.
O beneficiamento têxtil consiste em um conjunto de processos aplicados aos materiais
têxteis objetivando transformá-los, a partir do estado crú, em artigos brancos, tintos, estampados e
acabados (ANDRADE FILHO e SANTOS, 1987).
O processo têxtil basicamente é dividido em fiação, tecelagem e beneficiamento. No
processo de fiação a matéria-prima (algodão) é processada nos abridores, batedores, cardas,
passadores, maçaroqueiras, filatórios, retorcedeiras e conicaleiras. Nesta etapa não há geração de
efluentes líquidos, devido a todas estas operações ocorrerem na ausência de água. Na etapa de
tecelagem ou malharia os fios tintos ou crus são transformados em tecidos planos ou tecidos de
malhas nos teares. Esta etapa também é um processo que ocorre a seco, não ocorrendo geração de
efluentes líquidos.
37
Na etapa de beneficiamento o substrato têxtil é processado (com o uso de água) com o
objetivo de adquirir características como cor, toque e estabilidade dimensional. Esta etapa
conforme Araújo e Castro (1986), é dividida em:
-
Tratamento prévio (Preparação) ou Alvejamento – onde se eliminam as impurezas da
fibra e melhora-se a estrutura do substrato têxtil para prepará-lo para as operações de
tingimento, estamparia e acabamento, ou empregá-lo como branco alvejado;
-
Tingimento – nesta etapa os substratos têxteis são coloridos;
-
Estamparia – etapa em que é aplicado um desenho colorido sobre o substrato têxtil já
tratado;
-
Acabamento – são operações que conferem as características desejáveis ao substrato
têxtil como brilho, toque, caimento, estabilidade dimensional e outros acabamentos
ditos especiais como anti-ruga, impermeabilidade e anti-chama.
2.6.1 Tingimento.
O processo de tingimento é um processo químico que visa conferir a cor e o aspecto final
aos artigos têxteis, parâmetros estes que são utilizados pelos consumidores na escolha de tecidos
determinando assim o sucesso comercial dos produtos têxteis. Além da padronização da cor, o
consumidor exige algumas características básicas ao produto, como, elevado grau de solidez em
relação à luz, lavagem e transpiração, tanto inicialmente quanto após uso prolongado. Para
garantir essas propriedades, as substâncias que conferem coloração à fibra (corantes) devem
apresentar alta afinidade, uniformidade na coloração, resistência aos agentes desencadeadores do
desbotamento e ainda serem economicamente viáveis (TWARDOKUS, 2004).
É o processo que mais consome recursos naturais e gera resíduo, principalmente nos
processos em descontínuo usados para o processamento de tecidos de malha. Isso ocorre em parte
por negligência e descuido de algumas empresas e em parte por desconhecimento de novas
tecnologias de tingimento em termos de processos, produtos, corantes (esgotamento e a adsorção
na fibra), equipamentos e ferramentas de controle e gestão de processos, que se associadas podem
diminuir tanto a emissão de resíduos como a demanda por recursos naturais (MODAK, 1996).
38
O processo de tingimento causa uma modificação físico-química do substrato de forma que
a luz refletida provoque uma percepção de cor. Os produtos que provocam estas modificações são
denominados de materiais corantes. Estas substâncias são compostos orgânicos capazes de colorir
substratos têxteis ou não têxteis, de forma que a cor seja relativamente resistente à luz e a
tratamentos úmidos.
Os corantes são solúveis, parcialmente solúveis (ou temporariamente) ou dispersos no meio
de aplicação (água). No tingimento de corantes reativos, os corantes são adsorvidos e se difundem
para o interior da fibra com auxílio de produtos auxiliares, eletrólito (cloreto de sódio ou sulfato
de sódio) e álcali (soda cáustica ou carbonato de sódio) e se fixam à fibra (algodão), através de
uma reação de substituição nucleofílica ou adição nucleofílica em pH alcalino.
Nas indústrias têxteis o tingimento pode ser realizado por processos contínuos (por
foulardagem ou impregnação), ou descontínuos (por esgotamento), ou ainda semi-contínuo
(quando após a impregnação, a fixação do corante é realizada por esgotamento) conforme
descritos a seguir.
2.6.1.1 Processo Contínuo (impregnação) e Semi-contínuo.
Neste processo o banho de impregnação permanece estacionado enquanto o substrato passa
continuamente por ele, é espremido mecanicamente e fixado por calor seco, vapor ou por repouso
prolongado, sendo realizado em um equipamento chamado Foulard (TWARDOKUS, 2004).
A Figura 2.4 mostra o funcionamento de um Foulard que é constituída por uma cuba
(balseiro) e pelos rolos espremedores que são revestidos por borracha. A taxa de aplicação ou
absorção é definida como “pick up” e depende da pressão aplicada através dos rolos
espremedores. Nos processos contínuos e semi-contínuos, evita-se o esgotamento do banho e
pretende-se que ocorra uma repartição uniforme do corante no artigo, promovendo a
uniformização do banho nas fibras (ARAÚJO e CASTRO, 1986).
39
Figura 2.4 – Exemplo do Funcionamento de um Foulard.
Fonte: O Pesquisador.
2.6.1.2 Processo Descontínuo (esgotamento).
No processo por esgotamento o corante é deslocado do banho para a fibra através do contato
freqüente entre o banho e a fibra mediante movimentação de um deles ou dos dois
(TWARDOKUS, 2004). Este deslocamento depende da temperatura, agitação mecânica, da
composição do banho em produtos auxiliares e da substantividade do corante.
2.6.1.3 Etapas do Tingimento.
Durante o processo de tingimento três etapas são consideradas importantes: a montagem, a
fixação e o tratamento final. A etapa de montagem ocorre quando o corante se desloca do banho
para a fibra devido à substantividade. A etapa de fixação do corante à fibra é feita através de
reações químicas, da simples insolubilização do corante ou de derivados gerados, e ocorre
usualmente em diferentes etapas durante a fase de montagem e fixação. Entretanto todo processo
40
de tintura envolve um tratamento final, uma etapa de lavagem em banhos correntes para retirada
do excesso de corante original ou corante hidrolisado não fixado nas etapas precedentes
(TWARDOKUS, 2004).
2.6.1.4 Equipamentos de Tingimento por Esgotamento.
A Figura 2.5 mostra uma Barca que é a máquina tradicionalmente mais utilizada para
tingir tecidos por esgotamento. A agitação é feita apenas pela circulação do material provocado
pelo molinelo (B) na parte superior da máquina fora do banho (A). O tecido encontra-se sob
forma de corda, podendo ser colocadas varias cordas lado a lado na mesma barca. Os principais
inconvenientes da Barca são a elevada relação de banho (acima de 1:15), que conduz a elevado
consumo de água, energia e produtos químicos, bem como o percurso que o tecido faz em contato
com o ar, prejudicial para certos tipos de corantes (ARAÚJO e CASTRO, 1986).
Figura 2.5 – Barca de Molinelo.
Fonte: O Pesquisador
41
A Figura 2.6 mostra uma máquina de tingir do tipo Jet (jato), onde o tecido é igualmente
tingido em corda, mas há simultaneamente uma circulação de banho e do tecido. O tecido
encontra-se praticamente sempre submerso no banho. Este equipamento pode trabalhar com
velocidades muito elevadas (acima de 250 m/min) o que contribui para uma boa igualização do
beneficiamento, outra vantagem em relação à Barca é a baixa relação de banho utilizada (entre
1:4,5 a 1:10) que reduz a quantidade de água, energia e produtos auxiliares gastos para o processo
(ARAÚJO e CASTRO, 1986).
Figura 2.6 – Máquina de Tingir tipo Jet.
Fonte: O Pesquisador.
2.6.2 Corantes.
Segundo Guaratini e Zanoni (2000) até a metade do século XIX, todos os corantes eram
derivados de folhas, ramos, raízes, frutos ou flores de várias plantas e substâncias extraídas de
animais. Mesmo tendo sua origem na Europa desde o século XVI, a indústria de corantes têxteis
teve seu primeiro corante sintético descoberto apenas em 1856 na Inglaterra por Perkin.
Devido a grande inovação tecnológica tida em torno de 1915, a Alemanha manteve o
monopólio sobre a produção de corante sintético até a Segunda Guerra Mundial.
42
Na Tabela 2.5 são apresentados as principais descobertas de corantes sintéticos, ocorridas
desde a síntese da malveina com sua respectiva classificação.
Tabela 2.5 – Evolução e Classificação dos Corantes Sintéticos.
Ano
Ocorrência/Classificação
1856
Síntese da malveina (Perkin)
1858
Reação de diazotação (Griess)
1859
Síntese da magenta (Verguin)
1862
Reação de sulfonação (Nicholson)
1873
1º Corante Sulforoso (Croissant e Brentoniere)
1876
Síntese da crisoidina: 1º Corante Azo
1880
1º Corante azóico (Thomas e Robert Holliday)
1884
1º Corante direto: vermelho congo
1894
Síntese do Índigo
1901
1º Corante à Tina
1922
Corantes indigosois (Tina pré-reduzida)
1924
Corantes Dispersos
1935
Corantes de ftalocianina
1956
Corante reativo: Diclorotriazina – DCT (Procion)
1957
Corante reativo: Monoclorotriazina – MCT (Cibacron E/P)
1957
Corante reativo: Vinilsulfônico (Remazol)
1960
Corantes catiônicos modificados
1960
Corante reativo: Tricloropirimidina (Drimaren X)
1961
Corante reativo: Dicloroquinoxalina (Levafix E)
1971/72 Corante reativo: Diflúorcloropirimidina (Drimaren K e Levafix E)
1978
Corante reativo: Monoflúortriazina (Cibacron F e Levafix E-N)
1980
Heterofuncional: MCT + Vinilsulfônico (Sumifix supra)
Anos 90
Heterof.: Flúor-triazina + Vinilsulfônico (Cibacron C)
1997
Corante reativo: Heterofuncional (Drimaren CL)
Fonte: SALEM (2000).
A molécula de corante utilizada para tingimento da fibra têxtil pode ser dividida em duas
partes principais, o grupo cromóforo e a estrutura responsável pela fixação à fibra (estruturas
aromáticas que absorvem luz visível e que fixam os corantes nas fibras). Existem vários grupos
cromóforos utilizados atualmente na síntese de corantes, e são classificados segundo sua fixação,
43
como por exemplo, ácidos, diretos, básicos, de enxofre e reativos. No entanto, o grupo mais
representativo e largamente empregado pertence a família dos azocorantes, que representam cerca
de 60% dos corantes atualmente utilizados no mundo, sendo extensivamente utilizados no
tingimento de fibras têxteis. (HASSEMER, 2006).
As principais estruturas químicas dos corantes estão apresentadas no item 2.6.2.3, bem como
a figura de uma molécula de corante.
2.6.2.1 Classificação dos Corantes.
Os corantes são classificados por sua estrutura química ou por sua aplicação. Pela estrutura
química do cromóforo eles podem ser classificados como: nitrofenol, nitrosofenol, azo,
trifenilmetano, antraquinona, ftalocianina. A classificação conforme aplicação é feita de acordo
com o tipo de fibra a ser tinta (TWARDOKUS, 2004). Esta classificação é apresentada na Tabela
2.6.
Tabela 2.6 - Classificação dos Corantes por Aplicação.
Corantes / Fibras Celulose
Diretos
Reativos
Sulforosos
Azóicos
A Tina
Leuco Ésteres
Catiônicos
Ácidos
Complexos
Metálicos
Cromo
Dispersos
Fonte: SALEM (2000).
Lã
X
X
X
X
X
X
Seda Acetato Triacetato Poliamida Poliéster Acrílico
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
44
2.6.2.2 Corantes Reativos.
Os corantes reativos são assim chamados devido a sua capacidade de formarem ligações
covalentes com a fibra. Estes corantes podem ser utilizados no tingimento de fibras celulósicas
com boas características de tingimento, solidez e estabilidade química (KUNZ, 2002).
Os primeiros corantes reativos foram lançados no mercado somente em 1956 pela ICI, sendo
estes obtidos a partir do cloreto cianúrico, onde os grupos reativos eram os diclorotriazina e
monoclorotriazina. A partir desta descoberta, ocorreu um grande desenvolvimento científico e
tecnológico e foram criados inúmeros grupos químicos reativos que possibilitavam ligações mais
ou menos estáveis com a celulose (SALEM, 2000).
2.6.2.3 Constituição Química dos Corantes Reativos.
As três principais partes da molécula de um corante reativo estão representadas na Figura
2.7, que nos mostra a estrutura química do corante (Reactive Black 5).
a) Grupos Cromóforos - responsáveis pela cor:
Como exemplo, temos: p-Quinona, o-Quinona, Azo, Azoxi, Nitro e Nitroso.
b) Grupo Reativo – que forma a ligação covalente do corante com a fibra.
Exemplos: vinilsulfônico, pirimidina e mono ou diclorotriazina.
c) Outros substituintes:
- Grupo auxocromo: grupos substituintes que afetam e alteram a cor da base do cromóforo
(intensidade, comprimento de onda de remissão máxima e mínima,...) e como conseqüência a
substantividade, lavabilidade e migração.
Exemplos: amino, amino substituído, carboxílicos e hidroxílicos, sulfônico, etc.
- Grupo solubilizante: responsável pela solubilidade do corante, que também afeta a
substantividade, lavabilidade e migração.
45
Exemplos:: grupos sulfônicos (corantes ácidos, diretos e reativos) e aminas quaternárias
(corantes catiônicos).
CROMÓFORO
GRUPO REATIVO
AUXOCROMO
Figura 2.7 – Exemplo da Estrutura de um Corante Reativo (Reactive Black 5).
Fonte: França (2006).
Estes corantes contêm um grupo nucleofílico (reativo) capaz de formar ligação covalente
com grupo hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino, hidroxila e tióis das fibras
protéicas e também com grupos amino das poliamidas. Existem numerosos tipos de corantes
reativos, porém os principais contêm a função azo e antraquinona como grupos cromóforos e os
grupos clorotriazinila e sulfatoetilsulfonila como grupos reativos. Neste tipo de corante, a reação
química se processa diretamente através da substituição do grupo nucleofílico pelo grupo
hidroxila da celulose para a classe monoclorotriazina e pela adição nucleofílica ao grupo hidroxila
da celulose para a classe vinilsulfônico. Um exemplo é aquele do tingimento usando compostos
contendo sulfatoetilsulfona, cuja adição do corante à fibra requer apenas a prévia eliminação do
grupo sulfato em meio alcalino gerando o composto vinilsulfona, reação apresentada nas
Equações 2.1 e 2.2.
OHR – SO2 – CH2 – CH2 – OSO3Na
R – SO2 – CH = CH2 + Na2SO4
(2.1)
R – SO2 – CH2 – CH2 – O – Celulose
(2.2)
OHR—SO2 – CH = CH2 + HO – Celulose
Fonte: GUARATINI e ZANONI (2000).
46
Os corantes reativos apresentam como característica uma alta solubilidade em água e
formam uma ligação covalente com a fibra, que confere maior solidez da cor do tecido tingido à
lavagem quando comparados a outros tipos de corantes que estabelecem apenas ligações fracas
com a fibra.
2.6.2.4 Tingimento com Corante Reativo.
Segundo Martín (2006), a função dos eletrólitos é fundamental, especialmente nos
tingimentos intensos, dado que fornecem íons Na+, que reduzem ou neutralizam a carga negativa
(potencial Zeta) que apresentam as fibras celulósicas em dissolução. Essa carga negativa da fibra
exerce um efeito elétrico de repulsão ao corante aniônico o que resulta em menor esgotamento no
tingimento.
O sal comum, cloreto de sódio (NaCl), é mais econômico que o sulfato de sódio, (Na2SO4),
mas em algumas ocasiões contém impurezas como sais de cálcio, um problema que se evita
utilizando o sulfato. Por outro lado, está comprovado que o sulfato de sódio, além de ser mais
caro, quando usado em igual concentração que o cloreto de sódio apresenta um menor rendimento
do tingimento. Temos que considerar também que o eletrólito aumenta a densidade da água, com
conseqüente diminuição da solubilidade do corante, podendo dar lugar a formação de agregados e
aglomerados de corante e a conseqüente mancha (MARTÍN, 2006).
2.6.2.5 Substantividade e Reatividade.
Substantividade ou afinidade do corante é o estado de equilíbrio entre a relação do corante
na fibra e a concentração do corante no banho de tingimento, ou seja, uma medida da distribuição
do corante entre a fibra e a parte aquosa do banho de tingimento em condições usuais. É um
importante parâmetro no tingimento dos corantes, pois sem substantividade, os corantes irão
sobrar no banho de tingimento e hidrolisar, ou seja, reagir com a água ao invés de reagir com a
47
celulose. A substantividade é um fator decisivo para a adsorção, difusão e igualização dos
corantes, parâmetros estes fundamentais para a aparência final do produto obtido (SAMPAIO,
2001).
Reatividade é medida pela velocidade de reação, nas mesmas condições de concentração de
álcali e temperatura de tingimento. Quanto maior a concentração de álcali ou maior a temperatura
que o corante necessita para reagir, menor a sua reatividade. A reatividade esta relacionada com o
grupo químico reativo que o corante contém. Normalmente, denominamos corantes reativos a frio
os de maior reatividade, cujas temperaturas de tingimento (por esgotamento), ou seja, a
temperatura necessária para a reação entre fibra e corante, varia de 30ºC a 80ºC (vinilsulfônico,
por exemplo) e são chamados corantes reativos a quente os de menor reatividade e que necessitam
de temperatura acima de 80ºC para reagir nos processos por esgotamento (monoclorotriazina, por
exemplo) (SAMPAIO, 2001).
2.6.3 Mercerização.
Denomina-se mercerização o conjunto de procedimentos que produzem nas fibras
celulósicas uma mudança em sua estrutura interna e morfológica que se traduz externamente em
um aumento de brilho e mudanças de suas dimensões e internamente em um aumento de sua
reatividade frente a determinados compostos químicos e aos corantes (CEGARRA, 1997).
Para Heywood (2003), quando tecidos fabricados a partir de fibras vegetais (algodão,
linho, etc.) são submetidas a ação de soda cáustica ou potásica por repouso, imersão ou de outra
forma e neutralizados com ácidos e enxaguados, o mesmo terá adquirido novas e preciosas
propriedades, tais como, melhor estabilidade dimensional, maior brilho e maior rendimento
tintorial.
Segundo Sabino (2006), a mercerização é um processo físico-químico que trata o algodão
com uma lixívia alcalina (soda cáustica ou potásica) concentrada, sob condições determinadas de
tensão longitudinal, tempo e temperatura. A fibra do algodão incha e a forma do corte transversal
passa para uma forma arredondada e seu característico aspecto torcido transforma-se em
cilíndrico.
48
O tecido mercerizado final em relação ao não mercerizado apresenta boa estabilidade
dimensional, maior brilho, maior resistência à tração e à abrasão, maior rendimento tintorial
(cerca de 15 a 25% em relação ao tecido não mercerizado) e torna o algodão imaturo (morto)
quimicamente mais reativo, melhorando seu rendimento colorístico (SABINO, 2006).
Esta mudança nas propriedades dos tecidos segundo Mandara (1993), são resultados do
intumescimento e reorientação interna da estrutura da celulose, criando mais sítios para ligações
químicas e físicas nas fibras de algodão maduro. Fibras imaturas também são reestruturadas, por
intermédio disso melhorando sua tingibilidade e reatividade em geral.
Malhas podem ser mercerizados na forma tubular ou aberta. Tão bem como os efeitos já
mencionados (melhor brilho, resistência elástica e maior rendimento dos corantes), a
mercerização também melhora na fibra e na malha a maciez e a cobertura de algodão morto
(SHORE, 1995).
O processo de mercerização pode ser realizado em algodão cru, purgado, alvejado ou
mesmo no material tingido. Chamuscagem anterior a mercerização é aconselhável, para remover
fibras da superfície que poderiam diminuir e mascarar o brilho desejado, e a desengomagem do
tecido pode melhorar a absorbância e dar um resultado uniforme melhor. O processo ocorre no
material normalmente seco, mas impregnação sobre o material molhado também pode ser
realizado (HEYWOOD, 2003). As Figuras 2.8 e 2.9 mostram a máquina de mercerizar Sperotto e
o tanque de impregnação da Malharia Brandili da qual foram retiradas as amostras de efluentes
para os experimentos deste trabalho.
O algodão, quando tratado a frio em uma solução de NaOH 30ºBé, se torna
semitransparente, com estrutura arredondada quando visto no microscópio e encolhe muito no
sentido longitudinal. A fibra entra em combinação com o álcali formando o composto
denominado álcali-celulose, estrutura esta representada na Equação 2.3.
C6H7O2(OH)3 + NaOH
C6H7O2(OH)3-ONa
(2.3)
49
Figura 2.8 – Máquina de Mercerizar – Sperotto – Malharia Brandili Ltda.
Figura 2.9 – Impregnação da Soda Cáustica.
50
O álcali-celulose quando entra em contato com a água de lavagem, é decomposto formando
celulose hidratada, diferindo da original nas características físicas e químicas. Esta reação,
descoberta por John Mercer em 1848, deu origem ao processo de mercerização, no qual o algodão
em peças ou em fio é tratado, sob tensão e a frio, em uma solução concentrada de NaOH
(hidróxido de sódio) em uma máquina denominada de Mercerizadeira e, em seguida, lavada e
neutralizada sob tensão (TWARDOKUS, 2004).
Uma importante consideração na mercerização é a taxa de extração do álcali durante a
lavação. A taxa de remoção de soda cáustica e a temperatura de secagem, ambos tem influência
na acessibilidade resultante da fibra tratada (MANDARAS, 1993).
Além do hidróxido de sódio, Mercer incluiu em sua patente também o efeito de outros
agentes intumescentes, como: hidróxido de potássio, ácido sulfúrico e cloreto de zinco. Mais
recentemente, o processo de tratamento do algodão com amônia anidra líquida tem sido
desenvolvido, conferindo este, propriedades distintas próprias (HEYWOOD, 2003).
2.6.3.1 Teoria da Mercerização.
A seção transversal do algodão depois da cutícula é composta de um conjunto de agregados
denominados microfibras entre as quais se encontram os micro-canais; por sua vez, as microfibras
são constituídas por micro fibrilas separadas pelos micro-canais; as micro fibrilas são formadas
por cadeias celulósicas onde encontram-se as zonas amorfas e zonas cristalinas, localizando-se
nas primeiras os núcleos reativos da celulose. As fases da mercerização são as seguintes:
1 – A solução de soda cáustica, por efeito da pressão osmótica, penetra na cutícula da fibra,
passa pelos micro-canais e da lugar à reorientação das microfibras no interior desta. Esta é
mais intensa quando é aplicada uma tensão longitudinal. A reorientação se produz orientando as
microfibras para o eixo da fibra, a qual aumenta a resistência desta à tração.
2 – A solução de soda cáustica nos micro-canais penetra na microfibra, passa pelos microcanais desta, efetuando-se uma nova reorientação das micro fibrilas, no mesmo sentido
que a anterior.
51
3 – Uma vez que a solução de soda cáustica se encontra no interior das micros fibrilas, se
efetua
a
reação
com
a
celulose.
A magnitude desta reação vem governada pela
concentração da soda cáustica, temperatura e o tempo, produzindo-se diferentes tipos de
álcali-
celulose. Assim para concentrações de soda cáustica entre 12 – 19% o tipo de álcali-celulose
formada é NaOH (C6H10O5)2 e para concentrações maiores de 22% é a NaOH (C6H10O5).
Interpretação da reação: A solução de soda cáustica penetra no interior da celulose como
conseqüência da diferença da pressão osmótica criada entre a superfície e o interior da zona
amorfa, devido à diferença da concentração de íons Na+ entre ambas as zonas. Ao penetrar a
solução de soda cáustica pelas zonas amorfas da celulose, a presença de íons Na+ produz a ruptura
de algumas pontes de hidrogênio, existentes entre os grupos - OH, das cadeias da celulose; isso
facilita a passagem das soluções e origina uma maior quantidade de grupos – OH acessíveis aos
reagentes químicos (CEGARRA,1997).
De acordo com Vigo (1994) um simultâneo aumento também ocorre na acessibilidade da
fibra aos reagentes químicos e corantes devido à descristalização ou baixo rearranjo das cadeias
celulósicas e pontes de hidrogênio entre estas cadeias. Seguindo as condições da reação, se cria
um equilíbrio entre os grupos “– ONa” e grupos “– OH” unidos por pontes de hidrogênio que
mantém unidas as cadeias celulósicas impedindo sua separação; se a reação se desloca para a
formação de muitos grupos “– ONa”, as forças de coesão entre as cadeias da celulose
enfraquecem, podendo produzir a dispersão das moléculas desta no interior da solução da soda
cáustica. Isso ocorre no tratamento da celulose de baixo grau de polimerização quando se trata
com soluções de soda cáustica de concentrações elevadas, tal como no caso do rayon viscose.
A reação da soda cáustica com a celulose representada na Equação 2.4 pode dar origem às
seguintes álcali-celulose conforme apresentado nas Equações 2.5 a 2.7.
[C6H7O2(OH)3]n + m NaOH
(2.4)
Mono-álcali-celulose
m=1
[C6H7O2(OH)2 (ONa)]n
(2.5)
Di-álcali-celulose
m=2
[C6H7O2(OH)1 (ONa)2]n
(2.6)
Tri-álcali-celulose
m=3
[C6H7O3 (ONa3)]n
(2.7)
52
Se durante a mercerização, a reação se efetua até o último grau, se geraria a dispersão da
celulose na solução de soda cáustica, a qual não é desejada. Por isso, é necessário deter a reação
na fase que da origem a celulose mercerizada, a qual se consegue mediante a eliminação do álcali
com água em abundância (CEGARRA,1997).
Vigo (1994) propõe na Figura 2.10 um possível mecanismo da reação de mercerização onde
as flechas verticais indicam a direção das cadeias celulósicas.
Se obtém desta maneira um hidrato de celulose de constituição [C6H10O5).H2 O]n que
denominamos celulose mercerizada ou mais propriamente algodão mercerizado (ou celulose
regenerada). Este aumento da capacidade de hidratação da celulose é permanente e parece ser
devido à presença de uma maior quantidade de grupos – OH disponíveis (aproximadamente 25%),
na malha cristalina da celulose mercerizada, conhecida como celulose II (CEGARRA,1997).
NaOH
NaOH
CEL I
NaOH
Na-CEL I
Lavação e Secagem
Na-CEL II
CEL II
+
Na-CEL I
Figura 2.10 – Esquema Representativo do Mecanismo da Mercerização.
Fonte VIGO (1994).
2.6.3.2 Mercerização e o Meio Ambiente.
De acordo com Peres e Abrahão (1998), o efluente da mercerizadeira tem baixa DBO e
baixos níveis de sólidos totais, mas são altamente alcalinos antes da neutralização quando
comparado com os de outros processos de acabamento de algodão.
Para Heywood (2003, apud PARK AND SHORE 1984), o descarte deste efluente sem
tratamento seria totalmente prejudicial ao meio ambiente e um processo de neutralização, por
53
exemplo, com uso do gás proveniente das chaminés de caldeiras, tornaria este neutro, deixando-o
de acordo com as leis ambientais locais. Algumas das diluições da lixívia cáustica podem ser
usadas em processos de tingimento, como por exemplo, na preparação. Estas operações podem
usar somente uma pequena fração e se o desperdiço pode ser evitado, uma instalação de
recuperação de soda cáustica deveria ser considerada. A maioria das plantas de recuperação está
baseada no processo de evaporação. Outros métodos, como a ultrafiltração e a osmose reversa tem
sido examinados, mas apresentam dificuldades. As membranas que estão disponíveis para estas
técnicas não são resistentes suficientemente aos líquidos alcalinos fortes, e alguns auxiliares de
mercerização podem causar uma dilatação da membrana. Além do mais, o aumento da
viscosidade da lixívia quando se torna mais concentrada aumenta a pressão e maiores superfícies
filtrantes são requeridas para assegurar uma adequada recuperação.
Outra forma de reaproveitamento deste efluente alcalino, que foi investigada e avaliada no
presente trabalho, é a utilização deste no processo de tingimento, sendo que através da
neutralização da soda cáustica do efluente com um ácido forte é gerada uma certa quantidade de
eletrólito, que poderia substituir uma parte do eletrólito adicionado no processo de tingimento.
2.7 COLORIMETRIA.
A colorimetria é uma técnica de medição da cor (CRISMENT, 1998). A cor medida em um
objeto está relacionada com a fonte luminosa, a característica do material do objeto e das
respostas tricromáticas do observador (percepção subjetiva causada no cérebro em conseqüência
de certa energia radiante transmitida aos olhos (SALEM, 2000)). Estes dados, extremamente
precisos e quantificados, caracterizam perfeitamente a cor, porque a experiência demonstra que
três únicos valores numéricos bastam para identificar o espectro colorido da superfície de um
objeto e da fonte de luz. Esta extraordinária simplificação constitui um eixo fundamental da visão
tricromática, ou dizer, somente trivariante visual.
Na Figura 2.11 é apresentado o sistema de cor CEILAB, onde os valores positivos do eixo
“b” demonstram que a tonalidade está amarelada e os valores negativos demonstram que a cor
está azulada. No eixo “a”, valores positivos demonstram que a tonalidade está avermelhada e
valores negativos, que ela está esverdeada. No eixo “L”, os valores positivos demonstram que a
54
intensidade está menor (mais clara) e valores negativos, que ela está maior (mais escura), onde ∆E
corresponde à diferença (variação) total da cor entre um padrão e uma amostra. A Equação 2.8
nos mostra a fórmula para o cálculo do ∆E no sistema CEILAB e a Equação 2.9 nos mostra a
fórmula para o calculo do ∆E no sistema CMC a qual foi utilizada neste trabalho.
∆E =
[ (∆a)2
+ (∆b)2 + (∆L)2
∆E =
[ (∆C)2
+ (∆H)2 + (∆L)2
]½
(2.8)
]½
(2.9)
Branco
Amarelo
Verde
Vermelho
Azul
Preto
Figura 2.11 – Eixo de Sistema de Cor CIELAB.
Fonte: Lucas et al. (1996).
A força colorística mede a concentração do corante (ou corantes) em um substrato tinto
mostrando que uma amostra é um percentual mais forte ou mais fraco que um determinado
padrão, onde se compara a diferença de intensidade de uma cor com o mesmo matiz e sendo
utilizado a mesma concentração de corante bem como as mesmas condições de processo.
A intensidade de cor pode ser avaliada partindo da refletância da cor na superfície da
amostra, aplicando-se a Lei de Kubelka-Munk conforme demonstrado na Equação 2.10.
55
K/S = ( 1 – R )2
2R
(2.10)
Onde K/S é a absorbância (K determinada pelo corante como medida para a absorção da luz e S é
determinada pelo substrato como medida para a difusão da luz) e R o fator de refletância de um
dado comprimento de onda (LUCAS et al., 1996).
2.8 CARACTERÍSTICAS DOS EFLUENTES TÊXTEIS.
Segundo Correia (1994), os produtos poluentes dos processos têxteis surgem tanto das
impurezas da matéria-prima processada quanto da grande variedade de reagentes químicos usados
nos processos de beneficiamento como, de engomagem, desengomagem, tecelagem, purga,
alvejamento, mercerização, tingimento e acabamento. Ele coloca que a composição química das
correntes de efluentes têxteis está sujeita as constantes mudanças em sua composição devido à
diversidade dos processos têxteis e a grande gama de produtos químicos empregados.
Como dados gerais, pode-se dizer que para a fabricação e beneficiamento de uma tonelada
de um produto têxtil, consomem-se aproximadamente 200 toneladas de água. De todos os
insumos químicos utilizados para o beneficiamento têxtil, mais de 90% são removidos após
cumprir o seu papel requerido conforme apresentado na Tabela 2.7. Esses dados mostram bem
que a indústria têxtil é potencialmente poluidora, seja pela alta demanda de água utilizada, seja
porque a grande maioria dos produtos químicos utilizados é eliminada. Segundo uma pesquisa, a
carga contaminante das águas residuárias das indústrias têxteis tem uma DQO de
aproximadamente 1.700 mg de O2/L, em média. Isso significa três vezes acima das águas
residuárias comuns (MENEZES, 2005).
Para Correia (1994), antes de se aplicar tecnologias de diminuição de poluição, é necessário
identificar os tipos de águas vindas dos diversos processos empregados pela indústria.
56
Tabela 2.7 – Carga de Produtos nas Águas Residuais das Indústrias Têxteis.
Grupo de Produtos
% sobre DQO total
Agentes de engomagem
57
Umectantes e detergentes
18
Auxiliares de tingimento
7
Ácidos orgânicos
7
Preparação da fiação
5
Redutores
3
Branqueadores ópticos
1
Outros
1
Fonte: Menezes (2005).
Na Tabela 2.8 são apresentadas às características dos efluentes para a fibra de algodão dos
processos têxteis.
Tabela 2.8 – Característica dos Efluentes dos Processos Têxteis para a Fibra de Algodão.
Processo
pH
DBO (mg/L)
Sólidos Totais
Uso de água (L/kg)
Desengomagem
6 - 11
1700 - 5200
16000 - 32000
3-9
Purga
10 – 13
50 – 2900
7600 – 17400
26 - 43
Alvejamento
8,5 – 9,6
90 – 1700
2300 – 14400
3 – 124
Mercerização
5,5 – 9,5
45 – 65
600 – 1900
232 – 308
Tingimento
5 - 10
11 - 1800
500 – 14100
8 – 300
Fonte: PERES e ABRAHÃO (1998).
Os efluentes de tinturarias apresentam uma limitação evidente para a reutilização no próprio
processo. A qualidade requerida da água para o tingimento é alta em termos de ausência de cor e o
processo de tratamento empregado deverá ter alta eficiência em termos de remoção de cor para
tornar possível a reutilização.
57
Segundo Ciardelli et. al. (2000), os processos úmidos nas indústrias têxteis requerem água
de qualidade muito boa e baixos índices de corantes, detergentes e sólidos suspensos. Logo, um
tratamento de purificação para reciclo da água deve ter um desempenho melhor do que para a
descarga simples de acordo com os limites impostos pela legislação.
A identificação de tipos genéricos de efluentes de tingimento é complicada pela diversidade,
tanto da química dos corantes quanto dos processos de tingimento. A carga química dos efluentes
de tingimento varia não somente em função da química do processo, mas também com a
operação, isto é, se é contínua (impregnação) ou descontínua (esgotamento). Valores da relação
de banho e do esgotamento do corante podem ser bem diferentes em função do método
empregado, maquinário utilizado e dos materiais utilizados, principalmente da natureza da fibra e
classe de corante.
Os corantes residuais e os auxiliares químicos orgânicos e inorgânicos são responsáveis pela
cor, sólidos dissolvidos e valores altos de DQO e DBO nos efluentes de tingimento. Dessa forma,
as características dos efluentes dependem também dos corantes utilizados, da fibra e do método de
tingimento. Os eletrólitos, ácidos e álcalis usados no tingimento contribuem para os sólidos totais
(SAUER, 2002).
Dependendo da origem, os efluentes apresentam normalmente diferentes volumes, cargas
orgânicas, condutividade devida aos sais e auxiliares de tingimento adicionados, e cor, pH
alcalino, com contaminação principalmente na forma solúvel (VANDEVIVERE et al., 1998;
RAMOS, 2002).
Efluentes provenientes da indústria de corante ou de processo envolvendo tingimento têxtil,
não tratados convenientemente antes de serem lançados em águas naturais, são capazes de atingir
reservatórios e estações de tratamento de água e são uma preocupação ecológica emergente
(GUARATINI e ZANONI, 2000).
A composição de um efluente misto em uma indústria de processamento têxtil, normalmente
apresenta as seguintes características (BITENCOURT, 2002):
- Cor intensa, devido à grande quantidade de corantes não fixados;
- Altas temperaturas, devido ao emprego desta, em algumas etapas do processamento;
- Concentração de matéria orgânica equivalente a de esgoto doméstico;
- Grande quantidade de DQO refratária devido a corantes de alta massa molecular;
58
- Altas concentrações de AOX (Orgonohalogenados Adsorvíveis), sulfitos e metais
pesados encontrados nos alvejantes e halógenos, enxofre ou metal pesado que se
encontram presentes muitas vezes nos corantes.
Os despejos do tingimento são variados, por causa dos diferentes tipos de corantes e da
maneira pela qual são aplicados: são geralmente volumosos, tem forte coloração e, alguns, podem
ser tóxicos. Sua DBO é geralmente baixa, mas podem atingir 37% da carga total em algumas
fabricas (KAMMRADT, 2004).
A redução do volume de efluentes, através de recirculação e recuperação de produtos
químicos e subprodutos sem o comprometimento da qualidade do produto acabado, constituem o
maior desafio enfrentado pela indústria têxtil (FREITAS, 2002).
Segundo Peruzzo (2003), durante as últimas décadas, os custos para o tratamento de
correntes de águas residuárias tem tido um aumento constante devido às regulamentações mais
rigorosas e as vantagens econômicas. As indústrias tendem a investir cada vez mais tempo e
dinheiro no reuso, recuperação e reciclagem de efluentes têxteis. Estes fatos desencadearam o
desenvolvimento de processos integrados que ajudam a minimizar sistematicamente, sobretudo, a
taxa de fluxo de águas residuárias de varias plantas que usam água em suas atividades. A seguir
são demonstrados alguns exemplos industriais baseados na reciclagem e recuperação dos
efluentes:
a) Reuso direto da água de processos não contaminados, por exemplo, água resfriada para uso
geral em indústrias;
b) Processo cascata: água utilizada em processos que requerem alta qualidade para outros
processos que requerem qualidade de água inferior, por exemplo, enxágüe final como
primeira operação de lavagem;
c) Tratamento de águas residuárias de uma fonte para reuso em outros processos (situação que
esta sendo explorada no presente trabalho);
d) Tratamento “loop” fechado e reciclo de águas residuárias de fontes particulares para reuso
direto no processo; estes muitas vezes acompanhados por recuperação de processos
químicos, por produtos e energia térmica.
59
Na Tabela 2.9 são apresentadas algumas características dos efluentes têxteis brutos após o
processo de tingimento segundo diversos autores, bem como a média calculada a partir dos
valores encontrados por estes autores.
Autor
Tabela 2.9 – Característica dos Efluentes Têxteis.
pH
DQO
STD
Cor
Condutividade
(mS/cm)
(mg/L) (mg/L) (mgPtCo/L)
Sauer, 2002
11,3
2920,0
Esteves, 2004
10,0
Weiler, 2005
11,3*
3825,0*
Hassemer, 2006
11,2*
2462,0*
Twardokus, 2004
10,9*
Morell, 1996
12,3
1247,0
Tunussi, 2003
8,0
1034,8
Kammradt, 2004
10,0*
1781,6*
Média
10,6
2211,7
250,0
2900,0
1218,3*
6,4*
77,5*
50,1*
37580,0
39,9
1344,4
12626,7
1281,3
755,9
* - valores médios calculados a partir dos valores encontrados por cada autor nas respectivas
características.
Seguindo o exemplo de reuso de efluente de Peruzzo (2003) que nos diz do aproveitamento
de águas residuárias de uma fonte para reuso em outros processos, será mostrado neste trabalho
uma situação real de reaproveitamento não só de água, mas também de subprodutos existentes em
uma corrente para uma outra etapa de um processo. Trabalho este, que esta direcionado com esta
nova tendência dentro da Indústria Têxtil, contribuindo assim com o surgimento de novas idéias e
processos para a redução do consumo deste recurso natural que a cada dia se torna mais escasso.
60
3 MATERIAL E MÉTODOS
Neste capítulo são apresentados, a descrição de material, o procedimento experimental e os
métodos de avaliação dos resultados usados, dividido em três etapas. A primeira etapa apresenta
os métodos utilizados para a caracterização do efluente (determinação de pH, condutividade,
sólidos totais dissolvidos, teor de sódio, DQO, cloreto, alcalinidade total, dureza total, cor,
turbidez). A segunda etapa apresenta os procedimentos laboratoriais e dos processos da produção
utilizados e, a última etapa, apresenta os métodos empregados para a avaliação da determinação
da eficiência do processo proposto (análise espectrofotométrica da cor, solidez à lavagem,
redução do uso de água industrial e de eletrólito).
3.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE.
O efluente da mercerizadeira foi coletado na Empresa Malharia Brandili Ltda. situada no
município de Apiúna, Santa Catarina. O número total de amostras de efluente tiradas em
diferentes períodos e analisadas foram cinco. Destas cinco amostras, as três primeiras foram
usadas para ajustar a metodologia e as duas últimas, utilizadas para a geração dos resultados de
tingimentos. O efluente foi coletado na saída da máquina mercerizadeira e armazenado em frascos
inertes nas seguintes datas: 26/01/2006, 02/02/2006, 17/03/2006, 11/07/2006 e 26/09/2006. A
partir dos resultados foi calculada a média aritmética que foi usada para caracterizar o efluente da
mercerizadeira. Parte destas amostras foi encaminhada para o IPTB da FURB que realizou as
análises de determinação de sódio e DQO. As análises de cloreto, sólidos totais dissolvidos,
alcalinidade total, dureza total, pH, cor, turbidez e condutividade foram realizadas no laboratório
de Engenharia Têxtil da FURB.
A determinação de sódio foi feita pelo método de Espectrofotometria de Absorção Atômica
(chama) da NBR 13809 de 1997 e a determinação de Demanda Química de Oxigênio (DQO) em
águas e efluentes por HACH nº 8000 conforme Standart Methods.
As análises de pH, cor, turbidez, e condutividade foram realizadas nos seguintes
61
equipamentos: pHmetro digital DIGIMED; colorímetro Policontrol micro processado com leitura
direta; turbidímetro Policontrol AP2000 controlado por microprocessador e condutivímetro AT
230 Alfakit. Para a realização de todos os ensaios foram empregadas as técnicas de análise de
águas constantes do “Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater”. A
determinação de Cloretos pelo método 407 A (1980 15º ed.); a determinação de Alcalinidade
Total em águas e efluentes pelo método 403 (1980 15º ed.); a determinação de Dureza Total em
águas e efluentes pelo método 3500 D (1992 18º ed.) e a determinação de Sólidos Totais
Dissolvidos em águas e efluentes (110° Celsius) através do método MA/AN/LAB 013 da
Malharia Brandili (metodologia preconizada do Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater) (EATON, 1995).
3.1.1 Determinação de Alcalinidade Total – Método Titulométrico.
Alcalinidade é a quantidade de íons na água que reagem para neutralizar os íons hidrogênio.
É uma medição da capacidade da água de neutralizar ácido (capacidade de resistir às mudanças de
pH, capacidade tampão). Os principais constituintes da alcalinidade são os bicarbonatos (HCO3-),
carbonatos (CO32-) e os hidróxidos (OH-) sendo que a distribuição entre estas três formas na água
é função do pH (SPERLING, 1996).
Este método tem como princípio a determinação da alcalinidade através da quantidade de
ácido necessário para a neutralização dos componentes alcalinos da água (bicarbonatos,
carbonatos e hidróxidos).
O procedimento segue as seguintes etapas:
- Transferir 50 mL da amostra para um erlenmeyer e adicionar 2 gotas do indicador de
fenolftaleína.
- Titular com ácido sulfúrico 0,1N até que a coloração rosa tenha desaparecida.
- Adicionar 1 gota do indicador de metil-orange e continuar a titulação até o aparecimento da
coloração avermelhada. Anotar o volume total “V” (em mL) gasto na titulação.
- Os cálculos são realizados através do uso da Equação 3.1.
Alcalinidade Total (mg/L de CaCO3) = V . 100
(3.1)
62
3.1.2 Determinação de Cloretos – Método Titulométrico.
Todas as águas naturais, em maior ou menor escala, contêm íons resultantes da dissolução
de minerais. Os cloretos (Cl-) advem da dissolução de sais (ex: cloreto de sódio) (SPERLING,
1996).
Este método tem como princípio a determinação de Cloretos através da quantidade de
Nitrato de Prata necessária para a formação de Cloreto de Prata insolúvel.
O procedimento segue as seguintes etapas:
- Transferir 50 mL da amostra para um erlenmeyer ajustando-se o pH entre 7,0 – 10,0,
adicionar 3 mL de peróxido de hidrogênio a 3% e adicionar 5 gotas do indicador cromato de
potássio.
- Titular com nitrato de prata 0,1N até a primeira alteração perceptível de cor (amarelo para
amarelo-tijolo) e anotar o volume gasto “V” (em mL) na titulação.
- Os cálculos são realizados através do uso da Equação 3.2.
Cloretos (mg/L) = V . 71
(3.2)
3.1.3 Determinação de Dureza – Método Titulométrico.
Dureza é a concentração de cátions de metais multivalentes em solução. Os cátions mais
frequentemente associados à dureza são os cátions bivalentes Ca2+ e Mg2+. Em condições de
supersaturação, esses cátions reagem com ânions na água, formando precipitados. A dureza pode
ser classificada como dureza carbonato (correspondente à alcalinidade) e dureza não carbonato
(demais formas), dependendo do ânion com a qual ela está associada (SPERLING, 1996).
Este método tem como princípio a determinação da Dureza Total através da formação de
complexos solúveis de certos cátions (cálcio e magnésio) pela reação com EDTA.
O procedimento segue as seguintes etapas:
63
- Neutralizar a amostra até pH 7,0 e transferir 25 mL para um erlenmeyer adicionando-se 1
mL da solução tampão, adicionar 2 gotas do indicador negro de eriocromo T.
- Titular com EDTA 0,001 M até que a solução passe de vermelho-vinho para azul e anotar o
volume gasto “V” (em mL) na titulação.
- Os cálculos foram realizados através do uso da Equação 3.3.
Dureza Total (mg/L de CaCO3)= V . 5
(3.3)
3.1.4 Sólidos Totais Dissolvidos (STD) – Método Gravimétrico.
Todos os contaminantes da água, com exceção dos gases dissolvidos, contribuem para a
carga de sólidos. Os sólidos podem ser classificados de acordo com o seu tamanho e estado, as
características químicas e a sua decantabilidade. Os sólidos totais dissolvidos são todas as
partículas de menor dimensão, capazes de passar por um papel de filtro de tamanho especificado.
Como exemplo, temos os sais e a matéria orgânica (SPERLING, 1996).
Procedimento:
-
Inicialmente tarar até peso constante as cápsulas de porcelana, submetidas à temperatura de
110ºC (cápsulas vazias). Após a adição de 10 mL dos banhos a serem analisadas, estas foram
postas em banho maria para evaporar a água.
- Após a evaporação da água, levar as cápsulas de porcelana à estufa à 110ºC por 20 min.
Esfriar até a temperatura ambiente em dessecador e pesar em balança analítica com precisão
de 10-4 g.
- Retornar a cápsula à estufa nas mesmas condições até peso constante. A diferença entre
cápsula mais amostra e cápsula vazia multiplicado por 100 é o teor de sólidos totais
dissolvidos em percentagem.
64
3.1.5 Turbidez, Cor, Condutividade, pH e DQO.
Turbidez – representa o grau de interferência dos sólidos em suspensão existentes, com a
passagem da luz através da água, conferindo uma aparência turva à mesma. Tem sua origem
em partículas de rocha, argila, algas, microorganismos, etc.
Cor – responsável pela coloração da água e sua forma constituinte são os sólidos
dissolvidos. Tem sua origem na decomposição da matéria orgânica, ferro, manganês,
resíduos industriais e esgoto doméstico. Divide-se em cor aparente e cor verdadeira onde na
cor aparente pode estar incluída uma parcela devido à turbidez da água e quando esta é
removida, obtém-se a cor verdadeira.
Condutividade – os sais dissolvidos e ionizados presentes na água transformam-se num
eletrólito capaz de conduzir a corrente elétrica.
pH – potencial hidrogeniônico e representa a concentração de íons hidrogênio H+, dando
uma indicação sobre a condição de acidez, neutralidade ou alcalinidade da água.
Obs.: Estes quatro parâmetros foram medidos através de leitura direta nos aparelhos
correspondentes, já descritos anteriormente.
DQO – representa a quantidade de oxigênio requerida para estabilizar quimicamente a
matéria orgânica carbonácea levando-a a CO2 e H2O. O valor obtido (em mg de O2/L) é,
portanto, uma indicação indireta do teor de matéria orgânica presente (SPERLING, 1996).
3.2 RECEITA DE MERCERIZAÇÃO.
Produtos auxiliares utilizados no processo de mercerização industrial foram os seguintes:
umectante Resimerce MC (combinação de álcoois especiais) do fornecedor Resinac,
dispersante/complexante Heptol CBM (derivado de ácidos carbônicos) do fornecedor CHT e
agente complexante Heptol TGA (mistura de ácidos hidroxicarbônicos e seus sais) do fornecedor
65
CHT. A receita utilizada para a etapa de mercerização está apresentada na Tabela 3.1. A
velocidade de impregnação empregada foi de 35 metros por minuto.
Tabela 3.1 – Receita do Processo de Mercerização.
Produto
Quantidade(g/L)
Umectante
93
Dispersante/complexante
22
Agente Complexante
11
Soda Cáustica 50ºBe
296,8
3.3 EXTRATO AQUOSO DO ALGODÃO.
O extrato aquoso do algodão foi obtido através de uma simulação de um processo de
preparação de algodão no equipamento Tubotest onde somente foi adicionado o substrato e água
destilada e estes submetidos a 95ºC por 30 minutos. Com este extrato foram determinadas
algumas características da fibra do algodão, como por exemplo, dureza, sólidos totais dissolvidos
entre outros com a finalidade de indicar quais as origens de algumas características encontradas
no banho da mercerizadeira bem como a interferência ou não destas características nos ensaios da
medida da condutividade.
3.4 NEUTRALIZAÇÃO DO EFLUENTE.
No laboratório de Engenharia Têxtil foram realizados ensaios de neutralização do efluente
(efluente 11/07/06 e o efluente 26/09/06) empregando ácido sulfúrico como agente neutralizante a
fim de se obter uma solução de pH final igual a 7,0 (sete) para a execução dos ensaios tintoriais; a
medida foi realizada com pH-metro. A quantidade média de ácido sulfúrico gasta em laboratório
66
para a neutralização das amostras foi de: 2,5 ml de uma solução de H2SO4 0,5N mais 5,2 ml de
uma solução de H2SO4 0,1N.
Com estes efluentes foram realizados vários experimentos nas condições de processo com o
objetivo de avaliar a quantidade de sulfato de sódio gerado mediante o uso da medição da
condutividade dos banhos de tingimento para ambas as classes de corante. Este método de
determinação da condutividade para a determinação da quantidade de sulfato gerado no efluente
foi escolhido devido a sua rapidez e facilidade operacional. Com os dados obtidos gerou-se uma
curva de correlação e então com a extrapolação de dados foi obtida a diferença na quantidade de
eletrólito existente entre o tingimento com a água industrial e com o efluente neutralizado da
mercerizadeira.
3.5 TINGIMENTO.
O material utilizado no procedimento de tingimento incluindo os principais reagentes e
equipamentos são descritos a seguir. Para garantir a reprodutibilidade do processo foram
utilizados substrato e produtos auxiliares de mesma procedência bem como a realização dos
ensaios em duplicata.
•
Substrato
O tecido de malha 100% algodão utilizado para este teste era composto de fio penteado com
uma gramatura de 175 g/cm2 e já preparado para o tingimento (pré-alvejado) conforme receita a
seguir:
- 1,6 spm de umectante Sandopan PYD (mistura de hidrocarbonetos e tensoativos não iônicos) do
fornecedor Clariant.
- 1,0 spm de dispersante Sirrix SB (mistura de ácidos orgânicos, sais inorgânicos e sais orgânicos)
do fornecedor Clariant.
- 2,8 g/L de soda cáustica 50º Be
- 2,3 g/L de peróxido de hidrogênio 50%
67
O material foi tratado por 25 minutos a 95ºC e depois neutralizado.
•
Água Industrial
Para a água industrial empregada em todos os processos de tingimento foi utilizada água
deionizada produzida no Laboratório de Engenharia Têxtil a fim de eliminar qualquer
interferência de certos contaminantes existentes na água industrial normal.
•
Corantes
Os corantes foram da marca DyStar da classe reativo, linha Vinilsulfônico (Amarelo
Remazol 3GL (sem colour Index – C. I.); Turquesa Remazol G-Extra – C.I. Blue 21) e a linha
Monoclorotriazina (Vermelho Procion HE-3B – C.I. Red 120 e Laranja Procion HE-R – C.I.
Orange 84).
Baseado em conhecimentos práticos da empresa, os corantes Turquesa e Vermelho são
muito sensíveis necessitando de cuidados especiais de tingimento, por isso foram escolhidos e
representam uma situação crítica para o reuso de água para o processo de tingimento.
•
Produtos Auxiliares
Os produtos auxiliares usados na etapa de tingimento foram: sulfato de sódio (comercial),
dispersante Ladiquest 1097 (derivado de ácidos poliacrílico e fosfônico) do fornecedor Clariant,
carbonato de sódio (comercial), ácido acético (comercial), dispersante Heptol CBM (agente
Dispersante de ensaboamento) do fornecedor CHT e fixador Rewin MRTK (composto
poliamônico) do fornecedor CHT.
A quantidade de sulfato de sódio utilizada nos tingimentos das duas linhas de corantes foi
baseada em uma escala decrescente partindo da quantidade padrão da receita (quantidade indicada
pelo fornecedor do corante) até uma quantidade intermediaria variando de cinco em cinco gramas
por litro com o objetivo de se analisar a variação das características para ambos líquidos
empregados. Para a classe monoclorotriazina foi utilizado as seguintes quantidades: 65, 60, 55,
50, 45 e 40 g/L de eletrólito, para a classe Vinilsulfônico foi utilizado as seguintes quantidades:
50, 45, 40, 35 e 30 g/L de eletrólito.
68
•
Equipamento
Os tingimentos foram realizados em máquina de tingir (Tubotest) da marca Kimak em
escala laboratorial, procurando trabalhar o mais próximo possível da realidade da produção, com
capacidade de 24 tubos de polipropileno (PP) de 250 ml cada e com controlador automático de
temperatura de tempo. Na Figura 3.1 é apresentado um esquema do equipamento.
•
Preparação das soluções de corantes e produtos auxiliares para o tingimento
A receita utilizada para o tingimento das amostras está especificada na Tabela 3.2, sendo
que para o tingimento se procedeu da seguinte forma: os corantes e produtos auxiliares foram
diluídos em água deionizada em uma relação de 1:10, ou seja, uma grama de corante para 10 mL
de água (para a classe monoclorotriazina, os corantes foram diluídos em água destilada em uma
relação 1:20 devido à solubilidade limitada dos corantes) e alíquotas destas soluções foram
pipetadas conforme as concentrações descritas na receita de tingimento. A relação de banho que
foi utilizada para o tingimento das amostras foi de 1:8 (dez gramas do substrato para 80 mL de
banho).
I
B
F
G
A
H
D
C
E
B
I
A – Tubo de saída de água quente;
B – Válvula de entrada de água
quente;
C – Válvula de entrada de água;
D – Tubo de saída de água;
E – Válvula de saída de água;
F – Resistência;
G – Serpentina;
H – Garra para o tubo-teste;
I – Painel de controle
A
Figura 3.1 – Esquema do Tubotest do Laboratório de Engenharia Têxtil.
69
Tabela 3.2 – Receita do Processo de Tingimento.
Produto/corante
•
MCT
(Monoclorotriazina)
VS
(Vinilsulfônico)
Laranja Procion HE-R
1,42 spm
-
Vermelho Procion HE-3B
3,0 spm
-
Amarelo Remazol 3GL
-
0,5 spm
Turquesa Remazol G-Extra
-
1,25 spm
Sulfato de Sódio
65 g/L
50g/L
Carbonato de Sódio
20 g/L
5 g/L
Dispersante
1,5 g/L
1,5 g/L
Preparação dos substratos têxteis para o tingimento
Cortaram-se as amostras de tecido (corpos de prova) de malha de algodão designada para
estes testes em tamanho tal que ficassem um pouco acima de 10 gramas. A seguir as amostras
foram pesadas e então o peso foi acertado para 10 gramas. As amostras foram identificadas para
cada tipo de água utilizada.
•
Processo de Tingimento e Lavação
Aos canecos de tingimento foram adicionadas as soluções dos corantes, os produtos
auxiliares e a quantidade de água necessária (água industrial ou o efluente neutralizado) para
completar a relação de banho. Em seguida homogeneizou-se a solução introduzindo o substrato.
Para o tingimento com os corantes vinilsulfônicos (VS) a (60ºC) o sulfato e o álcali foram
adicionados a frio no início do processo e para o tingimento com os corantes monoclorotriazina
(MCT) a (90ºC) o sulfato foi adicionado a frio e o álcali foi adicionado após o tempo de 30
minutos a 90ºC. Fechou-se o caneco e colocou-se no equipamento que foi aquecido conforme o
processo de tingimento. Após os 45 minutos da etapa de fixação (a temperatura de 60 e 90°C,
dependendo do corante) a amostra foi retirada e realizado o processo de lavação conforme
apresentado nas Figuras 3.2 e 3.3.
70
MONOCLOROTRIAZINA
40
20
10
10
1,5%
FIXADOR
60
1,0 g/L DISPERSANTE
TEMP. ºC
80
1,0 g/L DISPERSANTE
100
0
10
10
10
10
MINUTOS
Figura 3.2 – Processo de Ensaboamento e Fixação para a Classe Monoclorotriazina.
Para cada amostra de tingimento foi realizado um tingimento comparativo (padrão)
utilizando os mesmos critérios, porém com água deionizada no lugar da água reutilizada da
mercerizadeira.
VINILSULFÔNICO
100
20
1,5 %
FIXADOR
40
1,0 g/L
DISPERSANTE
60
1,0 g/L ÁCIDO
ACETICO
TEMP. ºC
80
0
10
10
10
10
10
MINUTOS
Figura 3.3 – Processo de Ensaboamento e Fixação para a Classe Vinilsulfônico.
71
As Figuras 3.4 e 3.5 mostram o processo atual empregado pela empresa com tingimento
com água industrial e o processo proposto por este trabalho (com o aproveitamento do efluente da
mercerização), respectivamente.
No processo atual empregado, conforme apresentado na Figura 3.4, a malha crua é
primeiramente mercerizada com uma solução de soda cáustica a 30ºBe e então é tingida, sendo
que no processo de tingimento padrão da empresa usa-se água industrial. Todo efluente gerado
nestas duas etapas (mercerizição e tingimento) é enviado para o tanque de equalização na estação
de tratamento de efluente (ETE).
O efluente que sai da mercerizadeira contém aproximadamente 1º Be de soda cáustica e
deve ser neutralizado até pH 9 (nove) com ácido sulfúrico antes de ser enviado ao tratamento na
ETE. Após o tratamento o efluente retorna ao corpo hídrico (rio).
Água Industrial
Água +
NaOH
Máq.
Malha
Mercerizada
Mercerizar
Malha
Tingida
Efluente
de
Malha
Crua
Tingimento
Água + NaOH
+ Impurezas
Tanque de
Equalização
ETE
Rio
Figura 3.4 – Processo de Tingimento Atual da Empresa Brandili.
Na Figura 3.5 é demonstrado o processo proposto neste trabalho para a reutilização da água
da mercerizadeira. Neste a malha crua é mercerizada da mesma forma que no processo atual da
empresa Brandili e então é tingida, sendo que no processo de tingimento é adicionada a água da
saída da mercerizadeira depois de neutralizada com ácido sulfúrico (pH = 7,0). O efluente
produzido durante o tingimento é enviado a ETE e depois de tratado é lançado em um corpo
hídrico. Portanto nesta situação, substitui-se a água industrial usada no tingimento pelo efluente
neutralizado, reutilizando da etapa anterior de mercerização que contém na sua composição, além
72
de impurezas, sulfato de sódio que tem a função de eletrólito, produto este, necessário para o
processo de tingimento com corantes reativos.
Água +
NaOH
Máq.
Malha
Mercerizada
Tingimento
Efluente
de
Malha
Crua
Mercerizar
Malha
Tingida
Água + NaOH Neutralização
+ Impurezas com H2SO4
Tanque de
Equalização
ETE
Rio
Figura 3.5 – Processo Proposto neste Estudo.
3.6 AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO DO TINGIMENTO.
A avaliação do resultado do tingimento foi efetuada comparando-se as amostras tingidas
com o efluente contra as tingidas com água industrial (padrão) nos seguintes critérios:
Diferença de cor (∆E);
Força colorística;
Solidez à lavagem;
Para comparação do resultado entre o meio líquido empregado, foi então utilizada uma
escala decrescente na concentração de sulfato de sódio (conforme descrito no item 3.5) onde se
verificou a influência do sulfato de sódio existente no efluente (após o processo de neutralização)
na cor final.
3.6.1 Avaliação da Diferença de Cor (∆E) e Força Colorística.
A leitura das amostras foi executada através do aparelho Espectrofotômetro de remissão da
73
marca Macbeth – Color-Eye 3100, utilizando a fonte iluminante D65 (luz do dia). O substrato
tingido foi dobrado quatro vezes e colocado sob o aparelho onde foram feitas duas medições
consecutivas. Os resultados foram apresentados em função da diferença de cor (∆E) e força
colorística, tomando como base os padrões (tecidos tingidos com água industrial). As análises
foram realizadas na empresa Brandili. Nos dados foi aplicado o teste estatístico ANOVA para
verificar se houve ou não diferenças significativas entre os tingimentos utilizando água industrial
e o efluente da mercerizadeira. Quando necessário, aplicou-se o teste de TUKEY (5% de
significância) onde se verificou se houve ou não diferenças significativas entre os tingimentos
com os dois líquidos utilizados nos tingimentos.
3.6.1.1 Análise de Variância – ANOVA.
A análise inferencial foi baseada na Análise de Variância (ANOVA) e no teste de
comparação múltipla de TUKEY, através do software STATISTICA 7.0 (StatSoft, Inc., 2004).
A Análise de Variância (ANOVA) é um teste de hipótese para verificar se existem
diferenças significativas entre os níveis dos fatores (tratamentos). O objetivo do teste é determinar
a probabilidade (p) que permite rejeitar a hipótese nula (Ho), ou seja, se p < α rejeita-se Ho; o
teste é aplicado com nível de significância α de 0,05 (5%). Existem duas hipóteses:
- Hipótese nula (Ho): todas as médias são iguais, portanto não há diferença entre os
tratamentos;
- Hipótese alternativa (H1): pelo menos duas médias são diferentes, portanto há diferença
entre os tratamentos.
O teste de TUKEY é um teste de comparação para identificação das combinações dos
tratamentos nos parâmetros analisados que tem diferença estatística significativa entre as médias
de uma resposta, considerando os fatores isoladamente e com as possíveis interações
(HASSEMER, 2006).
74
3.6.2 Teste de Solidez à Lavagem.
A solidez é a resistência do corante a remoção por agentes externos. O teste de solidez da
uma idéia aproximada da durabilidade do beneficiamento e está relacionada ao grau de fixação do
corante. Corantes raramente são iguais em solidez à todas as influências externas e é comum um
corante ter boa solidez num aspecto, tal como à lavagem, mas deixa muito a desejar, por exemplo,
com respeito à luz; A solidez à lavagem é expressa em termos de escala numérica, de 1 a 5 onde
esta escala corresponde as seguintes graduações de acordo com as normas NBR-ISO105-A02 e
A03:
- Alteração de cor do substrato Grau 5 – Muito boa (cor inalterada);
- Alteração de cor do substrato Grau 4 – Boa (fraca perda de intensidade ou alteração);
- Alteração de cor do substrato Grau 3 – Suficiente (apreciável perda ou alteração);
- Alteração de cor do substrato Grau 2 – Moderada (distinta perda ou alteração);
- Alteração de cor do substrato Grau1 – Fraca (grande perda ou muita alteração);
- Manchamento do substrato branco Grau 5 – Nenhum;
- Manchamento do substrato branco Grau 4 – Muito fraco;
- Manchamento do substrato branco Grau 3 – Apreciável;
- Manchamento do substrato branco Grau 2 – Profundo;
- Manchamento do substrato branco Grau 1 – Profundo tingimento do substrato branco.
O teste de Solidez à Lavagem das amostras foi executado da seguinte forma (método
preconizado da norma NBR-ISO 105-A01): recortou-se a amostra de tecido tingido (100 x 40
mm) e costuraram-se os tecidos testemunhos (de mesma composição da amostra, porem já com o
processo de alvejamento) nos dois lados da amostra. Em seguida colocou-se o tecido em um
recipiente contendo solução de sabão neutro (5 g/L de sabão comercial neutralizado com ácido
acético). O recipiente é aquecido a 60ºC e a amostra é tratada por 20 minutos a esta temperatura.
Após o processo de lavação a amostra é enxaguada duas vezes com água destilada a temperatura
ambiente, espremeu-se a amostra para remover o excesso de água, abriu-se a costura nos dois
lados maiores e um dos lados menores e secou-se as amostras ao ar.
Após a amostra seca, foi realizada a avaliação de transferência de cor da amostra para os
75
tecidos testemunhos (manchamento) com o auxílio de uma escala cinza conforme NBR-ISO 105 –
A03.
3.7 ANÁLISE DA REDUÇÃO DO CONSUMO DE ÁGUA E DE ELETRÓLITO.
A análise foi realizada por meio de balanço de massa do processo, comparando o processo
empregado pela empresa Brandili e o proposto com a reutilização do efluente. Para isto foram
avaliadas as massas de entrada e saída e as concentrações de sulfato (eletrólito) através da medida
de condutividade dos banhos de tingimento nos dois processos.
3.7.1 Quantidade de Água Utilizada no Processo de Tingimento da Empresa.
Nas Tabelas 3.3 e 3.4 estão representadas as quantidades de água necessária para o processo
completo de tingimento para as duas classes de corante atualmente utilizada pela empresa. Nesta
situação esta sendo considerado um lote de peso médio (100 kg) em um processo com relação de
banho de 1:8 e volume total de tingimento de 800 litros. As etapas descritas são as
correspondentes ao processo completo, desde a preparação do material têxtil até a fixação final. O
consumo médio atual de água na empresa é de 60 m3/h (FERRARI, 2005).
A quantidade de água necessária para cada etapa depende diretamente da qualidade do
substrato. No primeiro banho o substrato está seco e necessita de mais água para completar a
relação de banho do processo, nas demais etapas é descontado o percentual de retenção de água
no substrato e consequentemente ocorre um menor consumo de água (em torno de 300L).
Existe também uma diferença no processo de lavação para as duas classes de corante,
conforme já apresentado nas Figuras 3.2 e 3.3. O percentual de corante para a classe
76
monoclorotriazina é maior o qual necessita de mais um banho na lavação para a remoção do
corante hidrolisado existente.
Tabela 3.3 – Processo de Tingimento Completo para a Classe Monoclorotriazina.
Etapa do
Processo
Volume de
Número de
ciclos de Águas Banho (L)
Relação de
Água/malha (L/kg)
Preparação
1
800
8
Neutralização
1
500
5
Tingimento
1
500
5
Lavação
5
2500
25
Fixação
1
500
5
Total
9
4800
48
Fonte: Ferrari (2005).
Tabela 3.4 – Processo de Tingimento Completo para a Classe Vinilsulfônico.
Etapa do
Processo
Número de ciclos
de Águas
Volume de
Banho (L)
Relação de
Água/malha (L/kg)
Preparação
1
800
8
Neutralização
1
500
5
Tingimento
1
500
5
Lavação
4
2000
20
Fixação
1
500
5
Total
8
4300
43
Fonte: Ferrari (2005).
77
3.7.2 Vazão de Água Necessária para o Processo empregado na Empresa.
3.7.2.1 Vazão no Processo da Mercerizadeira.
Segundo dados obtidos do processo de mercerização, a capacidade de produção média desta
máquina é de 600 kg de substrato por hora e o regime de trabalho de 20 horas por dia em 22,5
dias trabalhados por mês, sendo que a produção média mensal de malha mercerizada na empresa
foi de 53.679,60 kg. Com estes dados se obtém que o consumo é de 8,33L/kg de substrato e a
vazão média real é de 993,65 L/h de água (FERRARI, 2005).
3.7.2.2 Vazão para o Processo de Tingimento.
De acordo com o processo de tingimento descrito nas Tabelas 3.3 e 3.4, a quantidade de
água necessária por quilograma de substrato é de 5 L/kg para a etapa de tingimento e de 48 L/kg
para o processo completo da classe monoclorotriazina e de 43 L/kg para a classe vinilsulfônico. A
quantidade média mensal processada é de 191.400 kg e o regime de trabalho é de 24 horas por dia
em 22,5 dias trabalhados por mês. Obtém-se então que a vazão do processo completo de
tingimento é de 17.011,2 L/h para a classe monoclorotriazina e de 15.239,2 L/h para a classe
vinilsulfônico e a vazão somente para a etapa de tingimento é de 1.772,0 L/h para cada classe de
corantes (FERRARI, 2005).
3.8 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA PROPOSTO.
O Sistema proposto para reuso do efluente da mercerizadeira irá contar com um sistema de
peneiramento e após, dois tanques que iram trabalhar em paralelo para neutralização do efluente
proveniente da mercerizadeira. Este seguira então, para um tanque reservatório para abastecer as
78
máquinas no processo de tingimento. Estes tanques terão suas dimensões baseadas nas vazões
existentes (mercerizadeira e do tingimento) no qual ira substituir a água industrial normalmente
utilizada para a etapa do tingimento por este efluente que também contém em sua composição
uma certa quantidade de eletrólito.
79
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo são apresentados os principais resultados obtidos com a metodologia descrita
anteriormente, assim como a discussão que permite interpretar e avaliar estes resultados. Assim,
estes resultados estão apresentados em três partes para uma melhor compreensão. A primeira
parte apresenta a caracterização física e química do efluente. A segunda parte apresenta a
quantificação de eletrólito gerado após a neutralização do efluente. A última parte, os dados
obtidos para processo proposto (tingimento com banho de tingimento preparado a partir do
efluente de mercerizição) comparando com o processo padrão (uso de água industrial para a
preparação do banho), são avaliados em termos de: Força Colorística, Desvio de Cor (∆E) e
solidez à lavagem e, as características dos efluentes gerados após o tingimento nas condições do
experimento e os resultados do balanço de massa para a redução no uso de água industrial e de
eletrólito.
4.1 CARACTERIZAÇÃO DO EFLUENTE.
A quantidade de tingimentos (ensaios) realizados com os efluentes do dia 02/02/06 e
17/03/06 foi de 32, sendo estes utilizados para determinar via experimental à quantidade de
sulfato de sódio existente no efluente. A quantidade de ensaios com o efluente do dia 11/07/06 foi
de 35 onde se verificou a variação da condutividade em diferentes condições de tingimento e com
o efluente do dia 26/09/06 foram realizados mais 22 ensaios para avaliação tintorial e de solidez.
Todos estes ensaios foram realizados em duplicata. O efluente do dia 26/01/06 foi utilizado para
ajustar os métodos de ensaios dos parâmetros químicos.
Na Tabela 4.1 são apresentados os resultados das análises do efluente retirado da máquina
de mercerizar onde foram coletadas amostras em dias e em condições diferentes de produção.
Estes dados mostram que existe uma variação de valores dos parâmetros analisados e que algumas
80
amostras contêm, por exemplo, uma maior carga de resíduos, de sódio ou um valor de dureza total
mais elevado. Estas diferenças são oriundas da origem do algodão e das condições de produção
(impurezas na água industrial, etc.). Verificou-se também que os efluentes com alcalinidade e pH
mais elevado apresentaram os maiores níveis de cor.
Tabela 4.1 – Análise dos Efluentes da Mercerizadeira de Malha de Algodão da Empresa
Brandili em Diferentes Datas.
Parâmetros
Unid. Efluente Efluente Efluente Efluente Efluente
Média
Analisados
26/01/06
02/02/06 17/03/06 11/07/06 26/09/06
Alcalinidade
Total
Cloretos
mg/L
3675
6470
6380
7650
9340
6703
mg/L
106,5
156,2
134,9
163,3
149,1
142,0
Condutividade
mS/cm
15,4
25,6
27,8
33,7
46,0
29,7
Cor Real
uH
33
68
65
75
77
63,6
Dureza Total
mg/L
10,2
7,5
10,4
40,0
66,0
26,8
DQO
mg/L
298
806
654
486
502
549,2
12,70
13,08
12,99
13,56
13,32
13,13
pH
Sódio
mg/L
2155,76
3670,21
3012,16
5051,32
3954,24
3568,74
STD
mg/L
3460
12520
13450
8900
21270
11920
Turbidez
uT
9,71
20,63
16,50
12,73
12,93
14,50
Como observado na Tabela 4.1, o efluente tem uma alta carga de alcalinidade (média de
6703 mg/L) oriunda da quantidade de soda cáustica utilizada no processo de mercerização, a qual
gera um valor alto para o pH, sendo que esta é neutralizada com ácido sulfúrico para utilização
nos processos de tingimento. Outra característica importante é o teor de sódio (3568,74 mg/L em
média) que após o processo de neutralização, é convertido em sulfato de sódio, produto este
necessário para o processo de tingimento com corante reativo conforme já descrito no item
2.6.2.4; este sódio influencia também na condutividade existente no efluente. A quantidade de
STD tem sua origem no residual do banho da mercerizadeira, a dureza total encontrada tem sua
origem principal na natureza do algodão. A fibrila do algodão gera uma turbidez (sólidos em
suspensão) a qual pode ser reduzida com o uso de um sistema de filtração. A cor e a DQO do
81
efluente têm a sua origem nas impurezas do algodão, que são extraídas (como solúveis ou sólidos
dissolvidos) no processo de mercerização, e nos produtos químicos utilizados no processo em
conjunto com as impurezas do algodão extraídas no processo de mercerização. A quantidade de
cloretos tem sua principal origem na água tratada que a empresa utiliza para o consumo em
produção (água industrial) conforme apresentado na Tabela 4.2.
Na Tabela 4.2 são apresentadas as características físicas e químicas encontradas da água
industrial (coletada na Malharia Brandili), do banho da mercerização utilizado na impregnação e
do extrato aquoso do substrato (solução extraída do tecido de malha de algodão após um processo
de fervura conforme descrito no item 3.3), onde se observam algumas origens para a característica
do efluente da mercerizadeira já descritos no parágrafo anterior.
Tabela 4.2 – Características Físicas e Químicas Encontradas no Processo de Mercerização.
Água
Banho da
Extrato Aquoso
Parâmetro analisado
Unid.
Industrial Mercerizadeira
do
(Brandili)
Algodão
Alcalinidade Total
mg/L
24,23
336.250,00
N.D.
Cloretos
mg/L
39,70
71,00
49,70
Condutividade
mS/cm
0,13
1641,00
1,68
Dureza Total
mg/L
10,88
4,0
321,42
7,76
13,55
6,33
pH
STD
mg/L
128,50
1108,40
1280,60
Turbidez
uT
N.D.
6,40
96,22
Fonte: Ferrari (2005).
N.D. – Não Determinado.
Conforme apresentado por Twardokus (2004) na Tabela 2.2, alguns dos valores encontrados
no efluente da mercerizadeira estão acima dos limites toleráveis para a utilização nos processos
têxteis (como por exemplo, a cor, STD e turbidez), porém aceitáveis para o reuso conforme
mostram os resultados obtidos no decorrer neste trabalho.
82
4.2 QUANTIFICAÇÃO DO ELETRÓLITO GERADO NA NEUTRALIZAÇÃO DO
EFLUENTE DA MERCERIZADEIRA.
A determinação da quantidade de sulfato de sódio (eletrólito) gerado no efluente após o
processo de neutralização do efluente com ácido sulfúrico foi realizada através medida da
condutividade. Este método se mostrou apropriado, devido a sua facilidade de operação (medição
obtida por um eletrodo), mais rápido do que o método gravimétrico na determinação da
quantidade de eletrólito, já considerar a influencia de possíveis interferentes existentes no efluente
e através dos baixos desvios encontrados nos resultados de condutividade nos líquidos
empregados neste trabalho. Através deste, foi identificado à diferença de eletrólito existente nos
banhos com os dois tipos de líquidos empregados, água industrial e o efluente da mercerizadeira
com ambas as classes de corante. Os resultados estão descritos a seguir.
4.2.1 Quantificação do Eletrólito Gerado Através da Medida da Condutividade – Classe
Monoclorotriazina (MCT).
A Tabela 4.3 mostra os resultados da medida da condutividade dos banhos de tingimento
com os corantes da classe monoclorotriazina com variação da concentração de eletrólito sulfato de
sódio entre 40 e 65 g/L em ambos os líquidos empregados (água industrial - BA e efluente da
mercerizadeira neutralizado - BE). A condutividade foi medida antes e depois do tingimento em
dois pontos diferentes. No início do tingimento (BAI e BEI) os banhos continham apenas o
corante e o eletrólito (sulfato de sódio), enquanto no final do tingimento (BAF e BEF) ainda foi
adicionada para a fixação dos corantes certa quantidade de álcali. Para cada concentração de
sulfato de sódio utilizada encontrou-se uma diferença no valor da condutividade entre a água
industrial e o efluente da mercerizadeira, que se deve à quantidade de eletrólito existente a mais
no efluente da mercerizadeira, tanto para a medição no início do processo como para o final. A
média encontrada desta diferença é de 21,05 mS/cm para o início do tingimento é de 15,29 mS/cm
83
para o final do tingimento, sendo que a diferença entre os dois pontos esta relacionada ao efeito da
adição do álcali no processo.
Tabela 4.3 – Condutividade média dos Banhos de Tingimento com Água Industrial e com o
Efluente Neutralizado com os Corantes Monoclorotriazina variando a Quantidade de Eletrólito.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade
Condutividade (mS/cm)
Condutividade (mS/cm)
de
Início do Tingimento
Final do Tingimento
Sulfato de
Sódio (g/L)
Água
Efluente
Água
Efluente
Diferença
Diferença
adicionada Industrial neutralizado
Industrial neutralizado
40
53,90
70,00
16,10
86,40
103,25
16,85
45
54,70
75,30
20,60
91,00
107,70
16,70
50
61,10
83,65
22,55
100,00
114,80
14,80
55
69,45
88,75
19,30
106,00
117,80
11,80
60
74,40
98,50
24,10
111,45
122,50
11,05
65
79,60
103,25
23,65
118,30
138,85
20,55
Média
21,05
15,29
±3,04
±3,54
A Figura 4.1 mostra as condutividades em função da quantidade de eletrólito (sulfato de
sódio) adicionado. Nos resultados encontrados das leituras realizadas nos banhos de tingimentos é
possível verificar a diferença entre as leituras do início e do final do tingimento, demonstrando
também que a adição do álcali aumenta a condutividade do banho para ambos os casos, e para o
efluente a quantidade encontrada é maior devido a quantidade existente de eletrólito gerado (valor
da amostra de 33,7 mS/cm) durante a neutralização do efluente com ácido sulfúrico conforme
descrito no item 3.4.
O desvio padrão encontrado da medida da condutividade variou entre 0,1 a 2,5
representando uma variação máxima de 4,8% entre os tingimentos em duplicata.
84
Condutividade (mS/cm)
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
40
45
50
55
60
65
Sulfato de Sódio (g/L)
BAI
BAF
BEI
BEF
Figura 4.1 – Condutividade Média dos Banhos de Tingimento com Corantes Monoclorotriazina
em Função da Concentração do Eletrólito. Todos os Ensaios foram realizados em duplicata.
(banho com água industrial – BAI e banho com o efluente – BEI no início do tingimento e banho
com água industrial – BAF e com o efluente – BEF no final do tingimento).
Para determinar a quantidade existente de sulfato de sódio no efluente da mercerizadeira
após a neutralização foi gerada uma curva de correlação para cada ponto conforme as Equações
4.1, 4.2, 4.3 e 4.4 onde a letra “x” representa condutividade (mS/cm) e a letra “Y” representa a
concentração de sulfato de sódio (g/L) e representadas na Figura 4.2. Para a geração destas curvas
foi considerado que a água industrial continha zero de condutividade e que o efluente continha
33,7 mS/cm de condutividade antes da adição dos produtos do tingimento.
Y = 0,8101 x – 0,5008
R2 = 0,9949
(4.1)
BAF -
Y = 0,5331 x – 1,614
R2 = 0,9835
(4.2)
BEI
-
Y = 0,9226 x – 27,908
R2 = 0,9825
(4.3)
BEF -
Y = 0,6369 x – 22,205
R2 = 0,9858
(4.4)
BAI
-
Com o uso destas curvas geradas, foi calculado um valor médio da quantidade de sulfato
de sódio existente entre água industrial e o efluente em diferentes valores de condutividade, sendo
então calculada uma diferença para cada valor e consequentemente uma média desta diferença
para ambos os pontos conforme apresentado na Tabela 4.4. O valor encontrado de sulfato de sódio
foi de 13,90 g/L para o início do tingimento e de 8,99 g/L para o final do tingimento.
85
70
Sulfato de Sódio (g/L)
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Condutividade (m S/cm )
BAI
BAF
BEI
BEF
Figura 4.2 – Curvas de Correlação da Condutividade em Função da Concentração de Sulfato de
Sódio - MCT. Todos os ensaios foram realizados em duplicata. (banho com água industrial – BAI
e banho com o efluente – BEI no início do tingimento e banho com água industrial – BAF e com
o efluente – BEF no final do tingimento).
. Tabela 4.4 – Quantidade de Sulfato de Sódio obtido Através das Curvas de Correlação - MCT.
Condutividade
determinada
(mS/cm)
Quantidade de Sulfato de Sódio
(g/L)
Início do Tingimento
Diferença
16,65
78,23
Quantidade de Sulfato de Sódio
(g/L)
Final do Tingimento
Efluente Diferença
Água
Industrial neutralizado
40,00
27,62
12,38
55,56
40,00
Efluente
neutralizado
23,35
73,60
54,62
40,00
14,62
97,67
50,36
40,00
10,36
74,08
55,00
40,44
14,57
106,37
55,00
45,54
9,46
86,42
65,00
51,82
13,18
121,22
62,92
55,00
7,92
89,96
67,79
55,00
12,79
125,13
65,00
57,49
7,51
100,70
76,57
65,00
11,57
136,92
71,28
65,00
6,29
13,90 ±1,77
Média
Média
Água
Industrial
Condutividade
determinada
(mS/cm)
8,99 ±2,20
86
4.2.2 Quantificação do Eletrólito Gerado Através da Medida da Condutividade – Classe
Vinilsulfônico (VS).
A Tabela 4.5 mostra os resultados da medida da condutividade dos banhos de tingimento
com os corantes da classe vinilsulfônico com variação adicionada da concentração de eletrólito
sulfato de sódio entre 30 a 50 g/L em ambos os líquidos empregados (água industrial - BA e
efluente da mercerizadeira neutralizado - BE). A condutividade foi medida antes e depois do
tingimento em dois pontos diferentes. No início do tingimento (BAI e BEI) os banhos continham
o corante, o eletrólito (sulfato de sódio) e o álcali, porém a frio, enquanto que no final do
tingimento (BAF e BEF) foi medida após o término do processo de tingimento (30 minutos de
fixação a 60ºC). Para cada concentração de sulfato de sódio utilizada encontrou-se uma diferença
no valor da condutividade entre a água industrial e o efluente da mercerizadeira, que se deve à
quantidade de eletrólito existente a mais no efluente da mercerizadeira, tanto para a medição no
início do processo como para o final. A média encontrada desta diferença é de 15,55 mS/cm para
o início do tingimento e de 14,01 mS/cm para o final do tingimento, não houve uma diferença
significativa entre o início e final do processo demonstrando que somente o tempo de processo
não influenciou no resultado da condutividade.
A Figura 4.3 mostra as condutividades em função da quantidade de eletrólito (sulfato de
sódio) adicionado. Nos resultados encontrados das leituras realizadas nos banhos de tingimentos
verificou-se que não houve uma diferença significativa entre as leituras do início e do final do
tingimento e para o efluente a quantidade encontrada é maior devido a quantidade existente de
eletrólito gerado (valor da amostra de 33,7 mS/cm) durante a neutralização do efluente com ácido
sulfúrico conforme descrito no item 3.4.
O desvio padrão encontrado da medida da condutividade variou entre 0,1 a 1,85
representando uma variação máxima de 3,7% entre os tingimentos em duplicata.
87
Tabela 4.5 – Condutividade média dos Banhos de Tingimento com Água Industrial e com o
Efluente Neutralizado com os Corantes Vinilsulfônico variando a Quantidade de Eletrólito. Todos
os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade
Condutividade (mS/cm)
Condutividade (mS/cm)
de
Início do Tingimento
Final do Tingimento
Sulfato de
Sódio (g/L)
Água
Efluente
Água
Efluente
Diferença
Diferença
adicionada
Industrial neutralizado
Industrial neutralizado
30
50,30
62,05
11,75
50,30
65,20
14,90
35
56,45
69,30
12,85
57,05
70,90
13,85
40
62,90
80,45
17,55
62,10
77,05
14,95
45
65,80
82,90
17,10
70,95
82,70
11,75
50
72,45
90,95
18,50
75,65
90,25
14,60
15,55 ±3,03
Condutividade (mS/cm)
Média
14,01 ±1,34
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
35
40
45
50
Sulfato de Sódio (g/L)
BAI
BAF
BEI
BEF
Figura 4.3 - Condutividade Média dos Banhos de Tingimento da Classe Vinilsulfônico em Função
da Concentração do Eletrólito. Todos os Ensaios foram realizados em duplicata.
(banho com água industrial – BAI e banho com o efluente – BEI no início do tingimento e banho
com água industrial – BAF e com o efluente – BEF no final do tingimento).
Para determinar a quantidade existente de sulfato de sódio no efluente da mercerizadeira
após a neutralização foi gerada uma curva de correlação para cada ponto conforme as Equações
4.5, 4.6, 4.7 e 4.8 onde a letra “x” representa a condutividade (mS/cm) e a letra “Y” representa a
88
concentração de sulfato de sódio (g/L) e representadas na Figura 4.4. Para a geração destas curvas
foi considerado que a água industrial continha zero de condutividade e que o efluente continha
33,7 mS/cm de condutividade antes da adição dos produtos do tingimento.
Y = 0,6725 x – 1,1755
R2 = 0,9857
(4.5)
BAF -
Y = 0,648 x – 0,7991
R2 = 0,9945
(4.6)
BEI
-
Y = 0,8611 x – 26,849
R2 = 0,9814
(4.7)
BEF -
Y = 0,8969 x – 29,417
R2 = 0,9970
(4.8)
BAI
-
Sulfato de Sódio (g/L)
60
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Condutividade (m S/cm )
BAI
BAF
BEI
BEF
Figura 4.4 – Curvas de Correlação da Condutividade em Função da Concentração de Sulfato de
Sódio - VS. Todos os ensaios foram realizados em duplicata. (banho com água industrial – BAI e
banho com o efluente – BEI no início do tingimento e banho com água industrial – BAF e com o
efluente – BEF no final do tingimento).
Com o uso destas curvas geradas, foi calculado um valor médio da quantidade de sulfato de
sódio existente entre a água industrial e o efluente neutralizado em diferentes valores de
condutividade, sendo então calculada uma diferença para cada valor e consequentemente uma
média desta diferença para ambos os pontos conforme apresentado na Tabela 4.6. O valor
89
encontrado de sulfato de sódio foi de 12,58 g/L para o início do tingimento e de 11,15 g/L para o
final do tingimento.
Tabela 4.6 – Quantidade de Sulfato de Sódio obtido Através das Curvas de Correlação – VS.
Quantidade de Sulfato de Sódio
Quantidade de Sulfato de Sódio
CondutiConduti(g/L)
(g/L)
vidade
vidade
Início do Tingimento
Final do Tingimento
calculada
determinada
Água
Efluente Diferença
Água
Efluente Diferença
(mS/cm)
(mS/cm)
Industrial NeutraliIndustrial Neutralizado
zado
46,36
30,00
13,07
16,93
47,53
30,00
13,21
16,79
61,23
40,00
25,88
14,13
62,96
40,00
27,05
12,95
66,02
43,22
30,00
13,22
66,25
42,13
30,00
12,13
76,09
50,00
38,67
11,32
77,70
49,36
40,00
9,35
77,63
51,03
40,00
11,03
78,40
50,00
40,90
9,10
89,25
58,85
50,00
8,84
88,55
56,58
50,00
6,58
12,58 ±2,82
Média
Média
11,15 ±3,59
Quando se compara as quantidades de sulfato de sódio encontradas nos banhos das duas
classes de corante observam-se valores próximos para ambas as classes de corantes, de 13,90 g/L
(no início do processo da classe monoclorotriazina), de 8,99 g/L (no final do processo da classe
monoclorotriazina), 12,58 g/L (no início do processo da classe vinilsulfônico) e de 11,15 g/L (no
final do processo com a classe vinilsulfônico). Considerando estas condições de processo, obtémse um valor médio de 11,60 g/L, valor este correspondente ao sulfato de sódio existente no
efluente da mercerizadeira após o processo de neutralização.
90
4.3 RESULTADOS DOS TINGIMENTOS.
4.3.1 Avaliação das Propriedades Tintoriais.
Como mencionado acima, foram empregados duas classes de corantes reativos para os
tingimentos do substrato. Para a classe de corantes vinilsulfônicos como base da bicromia da cor
foi escolhido o Turquesa Remazol G-Extra em combinação com o Amarelo Remazol 3GL e para
a classe monoclorotriazina o Vermelho Procion HE-3B como base da bicromia da cor em
combinação com o Laranja Procion HE-R, sendo que estes dois corantes bases são muito
sensíveis necessitando de cuidados especiais de tingimento e por isso foram escolhidos
representando uma situação crítica para o reuso de água para o processo de tingimento de acordo
com conhecimentos práticos da empresa.
As Figuras 4.5 e 4.6 apresentam as amostras dos tingimentos comparativos realizados com
água industrial e com efluente da mercerizadeira para ambas as classes de corante conforme
descrito no item 3.5. No centro tem-se o tingimento padrão, acima o tingimento com o efluente e
abaixo o tingimento com a água industrial nas diferentes concentrações de sulfato de sódio. Os
itens A e B indicam que os experimentos foram realizados em duplicata.
Além da avaliação visual, onde não foram verificadas diferenças significativas (Figuras 4.5
e 4.6), foram também avaliados os valores numéricos espectrais obtidos por meio de análise
espectrofotométrica de remissão. As amostras das duas cores após o processo de tingimento foram
analisadas nos critérios de Força Colorística (FC) e Desvio de Cor (∆E), sendo que foi
considerado o tingimento padrão, as amostras tingidas com a água industrial na quantidade de
sulfato indicada pelo fornecedor para ambas as classes de corante (65g/L para monoclorotriazina e
de 50 g/L para vinilsulfônico).
91
A
B
A
65 g/L
B
A
60 g/L
B
A
55 g/L
B
A
50 g/L
B
A
45 g/L
40 g/L
Efluente
Padrão A
65 g/L
Padrão B
65 g/L
Água
A
B
A
60 g/L
B
A
55 g/L
B
A
50 g/L
B
A
45 g/L
B
40 g/L
Figura 4.5 – Avaliação Visual dos Tingimentos - Monoclorotriazina.
A
B
A
50 g/L
B
A
45 g/L
B
A
40 g/L
Efluente
B
A
35 g/L
Padrão A
50 g/L
B
30 g/L
Padrão B
50 g/L
Água
A
B
45 g/L
A
40 g/L
B
A
B
35 g/L
A
B
30 g/L
Figura 4.6 – Avaliação Visual dos Tingimentos - Vinilsulfônico.
Nas Figuras 4.7 e 4.8 tem-se a posição no eixo cromático das amostras tingidas em relação
ao padrão de ambas as classes de corantes onde quanto mais próximo do centro mais próximo as
amostras estão em relação ao padrão na questão de tonalidade, saturação e luminosidade.
92
Figura 4.7 – Eixo Cromático, Saturação e Luminosidade dos Tingimentos – MCT. Todos os
Ensaios foram realizados em duplicata.
Figura 4.8 – Eixo Cromático, Saturação e Luminosidade dos Tingimentos – VS. Todos os Ensaios
foram realizados em duplicata.
Nas Figuras 4.9 e 4.10 estão representados os valores das análises colorimétricas dos
tingimentos em duplicata (A e B) das amostras em relação ao padrão da cor nas diferentes
93
concentrações de sulfato de sódio utilizadas para ambos os líquidos empregados. No primeiro
quadro da tabela tem-se os valores colorimétricos da amostra padrão, que neste caso foram
obtidas da média das leituras dos tingimentos com a quantidade recomendada pelo fornecedor (65
g/L de sulfato de sódio para a classe monoclorotriazina e de 50 g/L de sulfato para a classe
vinilsulfônico) com seus respectivos valores de L* (claridade da cor), a* (eixo vermelho-verde),
b* (eixo amarelo-azul), H* (tonalidade) e C* (saturação) e na segunda parte da tabela tem-se os
valores de DL (desvio de claridade), DC (desvio de saturação), DH (desvio de tonalidade),
DEcmc (desvio total de cor), %STR-SUM (força colorística) e SC-LCH (agrupamento de tons
555) de cada tingimento em duplicata para ambas as classes de corante.
Figura 4.9 – Resultados dos Parâmetros Colorimétricos Analisados no Espectrofotômetro - MCT.
De acordo com Twardokus (2004), o limite tolerado para aprovação das cores para
exportação é no máximo ∆E = 1,0 e a variação da intensidade de cor não deve ultrapassar 5%. No
processo produtivo em geral o valor de ∆E varia entre 0,3 a 0,6 em relação aos diversos lotes
produzidos da mesma cor em artigos para exportação, sendo esta a exigência máxima, enquanto
que para o mercado nacional (exigência média) o valor pode chegar até 1,5.
94
Figura 4.10 – Resultados dos Parâmetros Colorimétricos Analisados no Espectrofotômetro – VS
4.3.1.1 Tingimento com Monoclorotriazina (MCT) – Força Colorística.
Na Tabela 4.7 estão representados os resultados a partir da Figura 4,9 da Força Colorística
dos tingimentos com MCT comparativos com efluente neutralizado e com água industrial com a
variação na concentração de sulfato de sódio tanto para a água industrial como para o efluente da
mercerizadeira.
Os resultados mostram que independente da variação do eletrólito, bem como, do meio
líquido empregado, os valores foram parecidos de FC para os ensaios. Isto pode ser atribuído
devido a substantividade dos corantes que é maior e também à quantidade de álcali utilizado (20
g/L de carbonato de sódio) que durante a reação do corante com a fibra também exerce a função
de eletrólito (esgotamento adicional) e auxilia na montagem do corante na fibra nesta classe de
corante (monoclorotriazina). Os resultados mostram também que mesmo variando a quantidade
de sulfato de sódio de 65 para 40 g/L apenas verifica-se uma variação pequena no resultado da FC
95
(até 3,12%), indicando que não existe diferença entre os líquidos empregados nestas condições de
tingimento e também que a quantidade indicada pelo fornecedor para o tingimento utiliza
eletrólito em excesso.
Tabela 4.7 - Valores Médios da Força Colorística com seu Respectivo Desvio Padrão – MCT.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade de
Força Colorística (%)
Força Colorística (%)
Sulfato de Sódio
Água Industrial Desvio Padrão
Efluente
Desvio Padrão
(g/L)
40
99,87
1,98
96,88
1,33
45
97,32
0,71
98,79
1,28
50
97,74
1,47
100,29
2,11
55
99,14
1,59
99,24
0,00
60
98,10
0,59
102,12
1,92
65
100,06
2,44
99,63
1,27
Na Figura 4.11 está apresentado o comparativo da Força Colorística entre a água industrial e
o efluente para cada concentração de sulfato de sódio empregado onde foi aplicado o valor médio
para ambos os meios líquidos testados, bem como o desvio padrão para cada valor médio de cada
tingimento realizado.
Como o valor de “p” encontrado através da análise estatística ANOVA é maior que 0,05
(5% de significância), os resultados da força colorística dos tingimentos com os corantes da classe
monoclorotriazina não apresentam diferença significativa entre os meios líquidos empregados e
nas variações nas concentrações de sulfato de sódio utilizadas. Sendo as amostras consideradas
como iguais também não se aplicou o teste de comparação múltipla de TUKEY.
96
110,00
p=0,67
105,00
Força Colorística (%)
100,00
95,00
90,00
85,00
80,00
75,00
70,00
65,00
60,00
40
45
50
55
60
65
Sulfato de Sódio (g/L)
Água
Efluente
Figura 4.11 – Valores Médios para a Força Colorística com seu Respectivo Desvio Padrão - MCT.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
4.3.1.2 Tingimento com Vinilsulfônico (VS) – Força Colorística.
Na Tabela 4.8 estão representados os resultados a partir da Figura 4.10 da Força Colorística
dos tingimentos com vinilsulfônico comparativos com efluente neutralizado e com água industrial
com a variação na concentração de sulfato de sódio tanto para a água industrial como para o
efluente da mercerizadeira.
O resultado encontrado para esta classe de corante é que dependendo da variação do
eletrólito, bem como, do meio líquido empregado, obtiveram-se variações nos valores de FC para
todos os ensaios. Isto ocorre devido aos corantes da classe vinilsulfônico serem menos
substantivos quando comparados com os corantes da classe monoclorotriazina, e como a
quantidade de álcali utilizado (5 g/L de carbonato de sódio) é menor, esta não influencia na
substantividade e consequentemente a redução na quantidade de eletrólito (de 50 g/L padrão para
30 g/L quantidade intermediária) acaba gerando uma diferença nos resultados encontrados durante
a reação do corante com a fibra, que neste caso é de até 11,65%. Esta diferença também nos
mostra que não existia eletrólito suficiente para o corante montar na fibra em alguns ensaios
devido a menor concentração de eletrólito utilizada.
97
Tabela 4.8 – Valores Médios da Força Colorística com seu Respectivo Desvio Padrão – VS.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade de
Força Colorística (%)
Força Colorística (%)
Sulfato de Sódio
Água Industrial Desvio Padrão
Efluente
Desvio Padrão
(g/L)
30
91,61
0,24
88,35
0,35
35
92,96
0,51
89,96
0,52
40
94,99
0,99
89,31
1,66
45
98,63
0,12
93,02
2,56
50
100,01
0,38
94,25
0,88
Na Figura 4.12 esta apresentado o comparativo da Força Colorística entre a água industrial e
o efluente para cada concentração de sulfato de sódio empregado onde foi aplicado o valor médio
para ambos os meios líquidos testados, bem como o desvio padrão para cada valor médio de cada
tingimento realizado.
110,00
p=0,00026
Força Colorística (%)
105,00
100,00
95,00
90,00
cd
bcd
d
a
ab
abc
bcd
abcd
cd
cd
85,00
80,00
75,00
70,00
65,00
60,00
30
35
40
45
50
Sulfato de Sódio (g/L)
Água
Efluente
Figura 4.12 – Valores Médios para a Força Colorística com seu Respectivo Desvio Padrão - VS.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata. Obs.: Médias seguidas pela mesma letra não
diferem entre si pelo teste de TUKEY ao nível de 5% de significância.
98
4.3.1.3 Desvio de Cor (∆E) para Tingimento com a Classe Monoclorotriazina.
Na Tabela 4.9 estão representados os resultados do Desvio de Cor dos tingimentos
realizados com os corantes da classe monoclorotriazina com variação na quantidade de sulfato de
sódio tanto para a água industrial como para o efluente da mercerizadeira.
Da mesma forma que se encontraram valores próximos para a forca colorística, se encontrou
também nos resultados do Desvio de Cor para esta classe de corante, pois a substantividade
também influenciou nesta característica. Os resultados mostram também que mesmo variando a
quantidade de sulfato de sódio de 65 para 40 g/L apenas verifica-se uma variação pequena no
resultado do ∆E (de no máximo 0,60 na concentração de 40 g/L de sulfato), indicando que não
existe diferença significativa entre os líquidos empregados nestas condições de tingimento.
Na Figura 4.13 estão apresentados o desvio de cor obtido para a água industrial e o efluente
para cada concentração de sulfato de sódio utilizado, bem como o desvio padrão de cada
tingimento realizado.
Tabela 4.9 – Valores Médios do Desvio de Cor (∆E) dos Tingimentos – MCT.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade de
Sulfato de Sódio
(g/L)
40
Água Industrial
Desvio Padrão
Efluente
Desvio Padrão
0,33
0,08
0,60
0,18
45
0,36
0,02
0,37
0,14
50
0,41
0,11
0,29
0,10
55
0,36
0,18
0,27
0,02
60
0,43
0,15
0,43
0,15
65
0,14
0,00
0,36
0,16
Desvio de Cor (∆E)
Desvio de Cor (∆E)
Como o valor de “p” encontrado através da análise estatística ANOVA é maior que 0,05
(5% de significância), o resultado encontrado para o desvio de cor dos corantes da classe
monoclorotriazina não apresentou diferença significativa entre os meios líquidos empregados e
99
nas variações de sulfato de sódio utilizadas. Sendo considerados como iguais e mediante estes
resultados não se aplicou o teste de comparação múltipla de TUKEY.
1,00
0,90
p=0,69
Desvio de Cor
0,80
0,70
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
40
45
50
55
60
65
Sulfato de Sódio (g/L)
Água
Efluente
Figura 4.13 – Valores Médios para o Desvio de Cor com seu Respectivo Desvio Padrão - MCT.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
4.3.1.4 Desvio de Cor (∆E) para Tingimento com a Classe Vinilsulfônico.
Na Tabela 4.10 encontra-se o resultado dos tingimentos do Desvio de Cor com os corantes
da classe vinilsulfônico com variação na quantidade de sulfato de sódio tanto para a água
industrial como para o efluente da mercerizadeira.
Da mesma forma que se encontraram valores próximos para a forca colorística, se encontrou
também nos resultados do Desvio de Cor para esta classe de corante. O resultado obtido nos
mostra valores diferentes para todos os ensaios, pois dependendo da variação do eletrólito, bem
como, do meio líquido empregado, ocorre variação nas condições do processo de tingimento.
Consequentemente a redução na quantidade de eletrólito (de 50 g/L padrão para 30 g/L
quantidade intermediaria) acabou gerando uma diferença nos resultados encontrados, que neste
100
caso é de até 0,73 (∆E) demonstrando que não existia eletrólito suficiente para o corante montar
na fibra.
Tabela 4.10 – Valores Médios do Desvio de Cor dos Tingimentos – VS.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata.
Quantidade de
Desvio de Cor (∆E)
Desvio de Cor (∆E)
Sulfato de Sódio
Efluente
Desvio Padrão
Água Industrial Desvio Padrão
(g/L)
30
0,52
0,01
0,73
0,01
35
0,51
0,02
0,64
0,05
40
0,31
0,06
0,69
0,09
45
0,13
0,02
0,51
0,17
50
0,02
0,00
0,45
0,06
Na Figura 4.14 estão apresentados o Desvio de Cor dos tingimentos entre a água industrial e
o efluente para cada concentração de sulfato de sódio empregado, bem como o desvio padrão.
1,00
0,90
a
0,80
Desvio de Cor
0,70
0,60
ab
p=0,00037
ab
ab
abc
abc
abc
0,50
bcd
0,40
0,30
cd
0,20
d
0,10
0,00
30
35
40
45
50
Sufato de Sódio (g/L)
Água
Efluente
Figura 4.14 – Valores Médios para o Desvio de Cor com seu Respectivo Desvio Padrão – VS.
Todos os ensaios foram realizados em duplicata. Obs.: Médias seguidas pela mesma letra não
diferem entre si pelo teste de TUKEY ao nível de 5% de significância.
Neste caso o valor de “p” encontrado através da análise estatística ANOVA é menor que
0,05 e, portanto nos mostra que existe diferença significativa para o ∆E entre os tingimentos o
101
qual é confirmado através do teste de comparação múltipla de TUKEY, sendo que as letras iguais
sobre os pares representam igualdade de resultados.
4.3.1.5 Teste de Solidez à Lavagem.
Os resultados do teste de solidez (Tabela 4.11) dos tingimentos com os corantes das
classes vinilsulfônico e monoclorotriazina em diferentes quantidades de sulfato de sódio (padrão e
quantidade intermediária) apresentam valores dentro do aceitável (nota mínima igual a quatro pela
escala de cinza) conforme NBR-ISO 105-A03 (manchamento do substrato branco Grau 4 – muito
fraco).
Apesar de o efluente conter certa quantidade de impurezas, tais como dureza, cloretos,
sódio, DQO, etc., estas não interferiram no resultado final de solidez demonstrando que a
quantidade existente neste efluente não influencia nesta questão para ambas as classes de
corantes, pois se obteve os mesmos resultados de solidez à lavagem para os tingimentos com a
água industrial e com o efluente da mercerizadeira. Garantido assim uma boa solidez à lavagem
final, conforme mostra a Tabela 4.11 e as Figuras 4.15 e 4.16.
Tabela 4.11 – Teste de Solidez à Lavagem. Todos os ensaios foram realizados em duplicata
(A e B).
Líquido de
Monoclorotriazina
Vinilsulfônico
Tingimento
65 g/L Sulfato 40 g/L Sulfato
50 g/L Sulfato
30 g/L Sulfato
Água Industrial A
4,0
4,0
4,5
4,5
Água Industrial B
4,0
4,0
4,5
4,5
Efluente A
4,0
4,0
4,5
4,5
Efluente B
4,0
4,0
4,5
4,5
Nas Figuras 4.15 e 4.16 estão representados as amostras do teste de solidez em
comparação com o tecido testemunho para ambas as classes de corante.
102
Testemunho
Água
A 65 g/L
Água
B
A
Efluente
40 g/L
B
A
65 g/L
Efluente
B
A 40 g/L
B
Figura 4.15 – Comparativo do Teste de Solidez à Lavagem – MCT.
Testemunho
Água
A
50 g/L
Água
B
A
30 g/L
Efluente
B
A
50 g/L
Efluente
B
A
30 g/L
B
Figura 4.16 – Comparativo do Teste de Solidez à Lavagem – VS.
4.4 ANÁLISE DE ECONOMIA DO PROCESSO PROPOSTO (BALANÇO DE MASSA).
4.4.1 Redução do Uso de Água.
Na Figura 4.17 é apresentado o fluxo de produção da empresa onde existem duas correntes
de entrada no tanque de equalização, (efluente da mercerizaderia - EM e o efluente do tingimento
103
- ET) e uma corrente de saída, (saída do tanque de equalização - STE) que é então enviada para a
ETE.
EFLUENTE DA
MERCERIZADEIRA
TANQUE DE
EQUALIZACÃO
SAÍDA DO TANQUE
DE EQUALIZACÃO
EFLUENTE DO
TINGIMENTO
Figura 4.17 – Fluxo de Produção Empregado pela Empresa.
O consumo em litros de água por quilograma de malha considera toda a água necessária
para o processo completo de tingimento, desde a preparação, tingimento até a lavação. Esta sendo
considerado também que toda malha tingida passa pelo processo de mercerização e que 80% dos
tingimentos são realizados com os corantes da classe monoclorotriazina ou com o da classe
vinilsulfônico (os 20% restantes são alvejados (brancos) ou tintos com corantes enxofre)
(FERRARI, 2005).
Na Figura 4.18 é apresentado o novo fluxo proposto para a reutilização do efluente da
mercerizadeira onde somente existe uma corrente de entrada, efluente do tingimento (ETR - com
o reuso do efluente da mercerizadeira) e uma corrente de saída, (saída do tanque de equalização STE).
EFLUENTE DO
TINGIMENTO
(Reuso da Mercerizadeira)
TANQUE DE
EQUALIZACÃO
SAÍDA DO TANQUE
DE EQUALIZACÃO
Figura 4.18 – Novo Processo para Reutilização do Efluente da Mercerizadeira.
104
A quantidade de água necessária para o processo empregado na empresa e o proposto neste
estudo para as etapas de mercerização e de tingimento está representada na Tabela 4.12 para
ambas as classes de corante, bem como a quantidade de redução entre os processos estudados.
Tabela 4.12 – Quantidade de Água Existente no Tanque de Equalização para o Tingimento e a
Redução de Água para ambas as Classes de Corante.
Classe
Quantidade
Processo
Processo
Redução
empregado
Proposto
de
de
de Água
Corante
consumida
Água (%)
EM
STE
ETR
STE
ET
MCT
VS
Vazão (L/h)
17011,20
993,65
18004,85
17011,20
17011,20
5,52
Consumo (L/kg)
48,0
8,3
56,3
48,0
48,0
14,74
Vazão (L/h)
15239,20
993,65
16232,85
15239,20
15239,20
6,12
Consumo (L/kg)
43,0
8,3
51,3
43,0
43,0
16,18
(ET – efluente do tingimento, EM – efluente da mercerizadeira, STE – saída do tanque de
equalização e ETR – efluente do tingimento com o reuso do efluente da mercerizadeira).
Fonte: Ferrari (2005).
Na Figura 4.19 está representada a redução na vazão de água em litros por hora entre o
processo da empresa e o proposto, e na Figura 4.20 está representado o consumo para o processo
completo de tingimento em litros de água por quilograma de substrato tingido para a mesma
situação.
Os corantes da classe vinilsulfônico tem uma maior economia no uso de água em relação a
classe monoclorotriazina devido ao processo usar um ciclo de lavação (um banho) a menos
conforme apresentado nas Figuras 3.2 e 3.3.
A quantidade de água economizada em média com o uso deste processo proposto é de
5,82% (média das duas classes de corante) e reduz a quantidade de água na ETA e também na
ETE minimizando através do reuso desta, a necessidade deste recurso e consequentemente o
impacto ambiental. Com a entrada em vigor da cobrança do uso da água para fins industriais
(conforme descrito no item 2.2.2), este recurso terá um custo, tanto para o afluente como para o
efluente e consequentemente aumentando os custos internos do processo.
105
18500
18000
Vazão (L/h)
17500
17000
16500
16000
15500
15000
14500
Monoclorotriazina
Vinilsulf ônico
Processo Atual
Processo Proposto
Figura 4.19 – Vazão de Água Necessária para o Tingimento.
60
Consumo (L/kg)
55
50
45
40
35
30
Monoclorotriazina
Processo Atual
Vinilsulf ônico
Processo Proposto
Figura 4.20 – Consumo de Água por Quilograma de Substrato.
Conforme Ferrari (2005), o consumo médio mensal de água na empresa foi em 2005 de
32.400 m3 sendo que com o reuso deste efluente tem-se uma economia média de até 447 m3/mês
de água.
106
Twardokus (2004) encontrou no seu estudo uma redução de 80% no consumo de água com a
reutilização das águas do próprio tingimento ou dos enxágües (processo de lavação). Deixando de
gerar três ciclos de tingimento, ele encontrou uma redução média de 20% de economia de água
industrial e utilizando a última água de lavação para outros fins, uma economia de até 40% no
consumo e consequentemente na geração de efluente.
Esta economia no consumo de água pode ser ainda maior com o uso em conjunto dos dois
processos comentados anteriormente (reuso do efluente da mercerizadeira mais o reuso de
correntes de tingimento e lavações).
4.4.2 Redução de Sulfato de Sódio (eletrólito).
Conforme descrito nos itens 4.2, a quantidade média de sulfato de sódio encontrada no
efluente da mercerizadeira depois de neutralizado foi de 11,60 g/L para a classe
monoclorotriazina e para a classe vinilsulfônico. Esta quantidade será economizada no processo
de tingimento, ou seja, não é necessário adicionar este quantidade ao banho de tingimento, bem
como haverá uma redução na mesma proporção na quantidade de eletrólito a ser tratada na ETE
reduzindo o seu impacto ambiental, entretanto a reprodutibilidade dos tingimentos comparados
com o padrão foi conseguida com esta redução de eletrólito para a classe MCT enquanto que para
a classe VS se faz necessário pequenos ajustes.
A Tabela 4.13 mostra a concentração de sulfato de sódio existente no efluente do tanque de
equalização para o processo da empresa e o proposto e sua respectiva vazão, bem como, a redução
na quantidade a ser utilizada para as duas classes de tingimento nas mesmas condições
comentadas anteriormente. A quantidade de sulfato de sódio existente para o processo proposto,
teve descontado a quantidade já existente no efluente da mercerizadeira, pois este será utilizado
no processo de tingimento e consequentemente não necessitando de uma maior quantidade
conforme indicado na receita padrão de tingimento.
Na Figura 4.21 é apresentado a redução da quantidade de sulfato de sódio no tanque de
equalização entre os dois processos utilizados para ambas as classes de corante.
107
Tabela 4.13 – Concentração de Sulfato de Sódio Existente no Tanque de Equalização e a Redução
da Quantidade Deste para ambas as Classes de Corante.
Classe de
Processo Atual
Processo Proposto
Redução de
Sulfato de
Corante
ET
EM
STE
ETR
STE
Sódio (%)
MCT
65,00 g/L
11,60 g/L
76,60 g/L
65,00 g/L
65,00 g/L
15,14
VS
1.105,72 kg/h
11,52 kg/h
1.117,25 kg/h
1.105,72 kg/h
1.105,72 kg/h
1,03
50,00 g/L
11,60 g/L
61,60 g/L
50,00 g/L
50,00 g/L
18,83
761,96 kg/h
11,52 kg/h
773,48 kg/h
761,96 kg/h
761,96 kg/h
1,40
(ET – efluente do tingimento, EM – efluente da mercerizadeira, STE – saída do tanque de
equalização e ETR – efluente do tingimento com o reuso do efluente da mercerizadeira).
Para a classe de corantes monoclorotriazina há uma menor redução no consumo de sulfato
de sódio do que a classe vinilsulfônico devido à quantidade necessária para o tingimento ser maior
(65 g/L) conforme recomendação do fornecedor de corante do que para a classe vinilsulfônico (50
g/L) e considerando que a quantidade existente de sulfato de sódio gerado após o processo de
neutralização do efluente ser igual para ambos os processos estudados.
100
Sulfato de Sodio (g/L)
90
80
70
60
50
40
30
Monoclorotriazina
Processo Atual
Vinilsulfônico
Processo Proposto
Figura 4.21 – Redução na Quantidade de Sulfato de Sódio entre os Processos para os Tingimentos
com as Classes MCT e VS.
A quantidade de sulfato de sódio que pode ser economizada em média com o uso deste
processo proposto é de 16,98% (média das duas classes de corante). Isto também reduz a
108
quantidade deste na ETE minimizando a necessidade de mais produtos químicos no tratamento na
ETE e consequentemente o impacto ambiental.
Conforme Ferrari (2005), o consumo mensal de sulfato de sódio e cloreto de sódio
(eletrólitos utilizados no processo de tingimento) na empresa foi de 60,77 ton/mês sendo que com
o reuso do efluente da mercerizadeira em todos os processos de tingimentos haverá uma economia
média de 16,98% destes insumos.
4.4.3 Qualidade do Efluente do Tingimento para a Classe Vinilsulfônico.
Para avaliar o impacto ambiental do novo processo foi avaliada a nova carga gerada com o
reuso do efluente em comparação ao processo empregado na empresa na qualidade do efluente
final que é enviado para a ETE.
Verificam-se nos dados obtidos que o efluente gerado do tingimento que utiliza o efluente
da mercerizadeira possui uma maior concentração de resíduos (DQO, STD e condutividade)
devido à carga inicial existente no efluente após o processo de mercerização (média de 549,2
mg/L, 11920,0 mg/L e 29,7 mS/cm respectivamente). A maior condutividade gerada está
relacionada à maior concentração de eletrólito existente no efluente que neste experimento
influenciou no rendimento tintorial deixando a força colorística menor do que a existente no
tingimento com a água industrial.
De acordo com o fluxo atual de produção apresentado na Figura 4.17 quando comparado
com o fluxo proposto apresentado na Figura 4.18, a carga do efluente existente no tanque de
equalização esta descrito na Tabela 4.14. Sendo que a carga do efluente do tingimento foi obtida
somente da etapa de tingimento, a carga do efluente da mercerizadeira foi obtida da média das
amostras encontrada na Tabela 4.1 e a carga na saída do tanque de equalização obtido pela média
ponderada dos dois efluentes de entrada para ambos os processos.
109
Tabela 4.14 – Diferença da Carga do Efluente no Tanque de Equalização entre os Dois Processos.
Processo Atual
Processo Proposto Diferença de
Carga
Carga (%)
ET
STE
ETR
STE
EM
DQO (mg/L)
799,0
549,2
709,25
1087,0
1087,0
+ 53,26
STD (mg/L)
51510,0
11920,0
37286,0
82250,0 82250,0
+ 120,59
Cor (uH)
3200,0
26,8
2059,92
2700,0
2700,0
+ 31,07
Condutividade (mS/cm)
95,03
29,7
71,56
108,0
108,0
+ 50,93
Fonte: Ferrari (2005). (ET – efluente do tingimento, EM – efluente da mercerizadeira, STE –
saída do tanque de equalização e ETR – efluente do tingimento com o reuso do efluente da
mercerizadeira).
Na Figura 4.22 é apresentada a diferença na carga na saída do tanque de equalização entre o
processo proposto e o atual sendo que nesta situação foi considerado somente a etapa de
tingimento com a classe VS para o cálculo da carga do tingimento.
120,00
100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00
DQO x 10
STD x 1000
COR x 100
COND.
PARÂMETRO
PROCESSO ATUAL
PROCESSO PROPOSTO
Figura 4.22 – Comparativo da Carga na Saída do Tanque de Equalização entre os Dois Processos.
Na Tabela 4.15 são apresentados os valores da carga poluidora do processo atual, processo
proposto bem como de outros autores conforme a Tabela 2.9. O aumento da carga poluidora para
a ETE não deve afetar a eficiência do tratamento, pois os valores encontrados podem ser
facilmente absorvidos por um tratamento eficaz de efluente têxtil.
110
Autores
Tabela 4.15 – Comparativo da Carga Poluidora.
pH
DQO
STD
Cor
Condutividade
(mS/cm)
(mg/L) (mg/L) (mgPtCo/L)
Sauer, 2002
11,3
2920,0
Esteves, 2004
10,0
Weiler, 2005
11,3*
3825,0*
Hassemer, 2006
11,2*
2462,0*
Twardokus, 2004
10,9*
Morell, 1996
12,3
1247,0
Tunussi, 2003
8,0
1034,8
Kammradt, 2004
10,0*
1781,6*
Média
10,6
2211,7
12626,7
1281,3
755,9
Processo Atual
709,2
37286,0
2059,9
71,5
Processo Proposto
1087,0
82250,0
2700,0
108,0
250,0
2900,0
1218,3*
6,4*
77,5*
50,1*
37580,0
39,9
1344,4
* - valores médios calculados a partir dos valores encontrados por cada autor nas respectivas
características.
De acordo com a Companhia Pernambucana do Meio Ambiente (CPRH, 2001) e Nunes
(1996), esta redução volumétrica no efluente causa uma concentração das cargas poluentes
alcançando grandes diferenças (como exemplo: DQO e STD). Isso resulta também em um grande
benefício, principalmente referente à redução do volume de água o que resulta em um menor
custo operacional no tratamento de água (afluente) e de efluente, menor consumo de auxiliares
têxteis e de energia térmica/elétrica, unidades para o tratamento com menores dimensões e menor
custo de manutenção.
4.4.4 Sistema Proposto para o Reuso do Efluente da Mercerizadeira.
Para o reaproveitamento do efluente da mercerizadeira, é proposto um sistema para
neutralização e armazenamento deste para a produção conforme demonstrado na Figura 4.23. O
sistema é formado por uma etapa de peneiramento (para remoção de sólidos em suspensão
111
proveniente do algodão) e dois tanques (A e B) cada um com capacidade de 10.000 litros
trabalhando no sistema batelada com agitadores para melhor homogeneização, sendo que o pH
será medido através de sondas automáticas para o processo de neutralização. Após a neutralização
com o ácido sulfúrico (pH = 7,0), o efluente será enviado para um reservatório com capacidade de
50.000 litros onde ficaria até o seu uso no processo de tingimento. Este reservatório terá também
uma saída de escape para evitar o transbordamento a qual será interligada com o tanque de
equalização na ETE.
TANQUE A
PENEIRA
MÁQUINAS
MERCERIZADEIRA
RESERVATÓRIO
DE TINGIR
TANQUE B
ESCAPE
Figura 4.23 – Sistema Proposto para a Neutralização e Armazenamento do Efluente.
Além do sistema de neutralização, será necessário construir uma nova rede para o
abastecimento das máquinas de tingir, bem como válvulas para o abastecimento individual das
máquinas.
112
5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES
No presente trabalho estudou-se o processo de tingimento de algodão com duas classes de
corantes reativos reutilizando o efluente de um tratamento alcalino de algodão (mercerização). Os
resultados obtidos mostram que a reutilização deste efluente é possível, mediante os resultados
obtidos descritos no capítulo anterior, sem afetar significativamente a qualidade (∆E, forca
colorística e solidez à lavagem) dos tingimentos, e apenas pequenos ajustes nas receitas de
tingimento serão necessários. Além disso, foi possível reduzir o consumo de eletrólito (sulfato de
sódio), pois o mesmo foi gerado no processo da neutralização, bem como a quantidade de água
industrial. Todos os testes foram feitos em escala laboratorial, porém procurou-se trabalhar o mais
próximo possível do processo produtivo.
O efluente da mercerizadeira foi caracterizado e se observou que alguns dos valores
encontrados estão acima dos limites toleráveis para a utilização nos processos têxteis (como por
exemplo, a cor, STD e turbidez), porém aceitáveis para o reuso em questão de acordo com os
resultados apresentados no decorrer deste trabalho.
A medição da condutividade se mostrou uma ferramenta válida para avaliar/quantificar o
teor de eletrólito bem como um método rápido e confiável, devido aos baixos desvios padrões
encontrados. Através desta análise dos banhos de tingimento tanto para o processo com água
industrial, bem como para o efluente da mercerizaderia foi determinada a quantidade de eletrólito
existente no efluente após a sua neutralização com ácido sulfúrico. Para a classe
monoclorotriazina e para a classe vinilsulfônico a quantidade encontrada foi de 11,60 g/L em
média para a mesma situação;
Em relação à força colorística e o ∆E os resultados da análise estatística demonstram que
para a classe monoclorotriazina não existe diferenças significativas (p > 0,05) para as variações
produzidas no processo, enquanto para a classe vinilsulfônico houve diferenças significativas (p <
0,05) necessitando para esta classe, pequenos ajustes na receita;
A solidez à lavagem dos tecidos tingidos com ambas as classes de corantes ficou dentro dos
padrões aceitáveis com nota maior que 4,0 na escala cinza;
113
A quantidade de água economizada em litros por quilograma de malha chega em 14,74%
para a classe monoclorotriazina e de 16,18% para a classe vinilsulfônico, sendo que para a classe
monoclorotriazina esta diferença é um pouco menor devido ao processo de ensaboamento que
para esta classe possui mais uma etapa. A redução pode chegar a até 5.364 m3/ano dependendo
das condições de tingimento que consequentemente reduz a quantidade de água na ETA e também
na ETE minimizando através do reuso desta, a necessidade deste recurso e consequentemente o
impacto ambiental, além da redução de custos;
A quantidade economizada de eletrólito durante o presente trabalho foi em média de
16,98%, sendo que esta quantidade será economizada no processo de tingimento, bem como uma
redução na mesma proporção na quantidade a ser tratada na ETE reduzindo o seu impacto
ambiental;
Com o reuso deste efluente, temos o aumento da carga de poluentes na ETE, sendo que estes
valores podem ser facilmente absorvidos por um tratamento eficaz de efluente têxtil e
consequentemente não ira gerar um aumento no impacto ambiental.
114
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
-
Utilização deste efluente para o processo de alvejamento como substituto do
hidróxido de sódio necessário para este processo;
-
Estudo da influência do tingimento com o uso do ácido clorídrico ao invés do
ácido sulfúrico na neutralização do efluente e conseqüente geração de cloreto de
sódio para o uso no processo de tingimento.
-
Utilização deste efluente para o processo de tingimento com corantes da classe
Sulfurosos (Enxofre) onde temos adição de uma grande quantidade de álcali para
promover redução deste corante;
-
Avaliar a influência deste efluente para o tingimento com corantes da classe
Substantivos (Diretos);
-
Analisar a interferência deste reuso em outras classes de corantes reativos
(diclorotriazina, tricloropirimidina, dicloroquinoxalina, diflúorcloro-pirimidina,
monoflúortriazina e outros bifuncionais);
-
Utilizar o efluente gerado no processo de tingimento com o reuso do efluente da
mercerizadeira para novos processos de tingimentos.
-
Substituição do álcali por este efluente no processo de tingimento com corantes
Reativos.
115
REFERÊNCIAS
ABIT -Associação Brasileira da Indústria Têxtil. Apresenta indicadores econômicos da indústria
têxtil. Disponível em: http://www.abit.org.br. Acesso em maio de 2004.
ABIT -Associação Brasileira da Indústria Têxtil – Relatório Setorial da Indústria Têxtil
Brasileira – Brasil Têxtil 2007. São Paulo, v. 7. Agosto de 2007, p. 164.
ALMATÓ, M. ESPUÑA, A. PUIGJAMER, L. Optimisation of Water use in Bacth Process
Industries. Computers and Chemical Engineering. Vol. 23, p. 1427 – 1437, 1999.
ANDRADE FILHO, J. F.; SANTOS, L. F., Introdução à Tecnologia Têxtil. Rio de Janeiro:
Centro de Tecnologia da Indústria Química e Têxtil (SENAI/CETIQT), v.3, 1987.
ARAÚJO, M.; CASTRO, E. Manual de Engenharia Têxtil. Lisboa: Calouste Gulbenkian, 1986.
BITENCOURT, M. P. Reaproveitamento do Lodo gerado no Processo de Tratamento dos
Efluentes de Lavanderia (Tingimento e Lavagem). Dissertação de Mestrado em Engenharia
Química, Universidade Estadual de Maringá. 2002..
BRANDÃO, H. L. Simulação Numérica da Biodegradação de Efluentes Líquidos
Multicomponentes em Rios. Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Engenharia
Química, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 1998.
CARNEIRO, P. A.; OSUGI, M. E.; SENE, J. J.; ANDERSON, M. A.; ZANONI, M. V. B.,
Evaluation of Color Removal and Degradation of a Reactive Textile Azo Dye on
Nanoporous TiO2 Thin-Film Electrodes, Departamento de Química analítica, Instituto de
Química de Araraquara-UNESP, Araraquara, São Paulo, Brasil, Environmental Chemistry and
116
technology Program, University of Wisconsin, Madison, USA, Elsevier, Electrochimica Acta 49,
p. 3807-3820, junho de 2004.
CARREIRA, M. F. Sistemas de Tratamento de Efleuntes Têxteis – uma análise comparativa
entre Tecnologias usadas no Brasil e na península Ibérica. Tese de Doutorado em Engenharia
de Produção, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2006.
CEGARRA,J. Fundamentos y Tecnología del Blanqueo de Materiais Textiles. Universidade
Politècnica de Catalunya: 1997.
CIADERLLI, G.; CORSI, L.; MARCUCCI, M. Membrane Separation for Wasterwater Reuse
in the Textile Industry. Resourses, Conservation and Recycling. v. 31, p. 189 – 197, 2000.
COELHO, C. C. S. R. A Questão Ambiental dentro das Indústrias de Santa Catarina: uma
Abordagem para o Segmento Industrial Têxtil. Dissertação de Pós-Graduação em Engenharia
de Produção e Sistemas, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 1996.
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente, Ministério do Meio Ambiente, Resolução nº
357 de 17 de março de 2005.
CONCHON, J. A. Tratamento de Efluentes na Indústria Têxtil. Transcrição do artigo
publicado na Revista Base Têxtil, da Federacion Argentina de la Industria Têxtil, n. 123, Junho,
1999.
CONNELL. Chemistry of the Textiles Industry. In: CARR, C. M The environmental impact
of textile industry. Glasgow: Chapman&Hall, 1995.
CORRÊA JR. B.; FURLAN, L. T., Redução do consume de Água e da Vazão de Efluentes
Através do Gerenciamento das Fontes e Reutilização de Águas – a Experiência de Paulínia.
Petro & Química, n. 251, p. 72-78, agosto de 2003.
117
CORREIA, V. M.; STEPHENSON, T.; JUDD, S.J., Characterization of Textile Wastewaters –
A Review, School of Wtare Sciences, Cranfield University, United Kingdom, july 1994,
Environmental Technology, vol. 15, p. 917-929, 1994.
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente, Ministério do Meio Ambiente, Resolução nº
357 de 17 de março de 2005.
CPRH – Companhia Pernambucana do Meio Ambiente. Roteiro Complementar de
Licenciamento e Fiscalização para Tipologia Têxtil. Recife, 2001.
CRISTMENT, A., Color & Colorimetría, datacolor international, editions 3C Conseil, Paris,
France, februry, 1998.
DECRETO nº 14.250 de junho de 1981 – Governo do Estado de Santa Catarina, Conselho de
Meio Ambiente (CONSEMA/SC).
EATON, A., D. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19.ed.
Washington, D.C. APHA, 1995. 1. v.
ESTEVES, M. F. Descoloração de Efluentes de Tinturaria por Oxidação Electroquímica,
Departamento de Engenharia Têxtil. Escola de Engenharia, Universidade do Minho, 4800-058
Guimarães, Portugal. 2004.
FARIA, D. C. Reuso das Correntes de Efluentes Aquosos em Refinarias de Petróleo.
Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, fevereiro de 2004.
FERRARI, R. Relatório de Produção Anual - Tinturaria. Malharia Brandili Ltda, 2005.
118
FRANÇA, J. Corantes Industriais – Palestra Clientes. Laboratório de P. & D. Corantes.
Clariant, 2006.
FREITAS, K. R. Caracterização e Reuso de Efluentes do Processo de Beneficiamento da
Indústria Têxtil, Dissertação de Mestrado em Engenharia Química, Universidade Federal de
Santa Catarina, fevereiro de 2002.
FREITKENHAUER, F., MEYER, U. Integration of Biotechnological Wastewater Tratment
units in Textile Finishing Factories: Fron end of Pipe Solutions to Combined Production and
Wastewater Tratment units. Journal of Biotechnology, n. 89, p. 185 – 192, 2001.
HASSEMER, M. E. N. Oxidação Fotocatalítica – UV/H2O2 – para Degradação de Poluentes
em Efluentes da Indústria Têxtil, Dissertação de Pós-Graduação do Curso em Engenharia
Ambiental, Universidade Federal de Santa Catarina, abril de 2006.
HEYWOOD, D. Textile Finishing. Society of Dyers and Colourists, 2003.
GUARATINI, C. C. I.; ZANONI, M. V. B., Corantes Têxteis. Química Nova, v. 23, n. 1, p. 71 –
78, 2000.
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Santa Catarina em dados. 2005.
KAMMRADT, P. B. Remoção de Cor de Efluentes de Tinturarias Industriais através de
Processo de Oxidação avançada. Dissertação de Mestrado do Curso de Pós-Graduação em
Engenharia de Recursos Hídricos e Ambientais, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2004.
KOYUNCU, I., Reactive Dye Romoval in Dye/Salt Mixtures by Nanofiltration Membranes
Containig Vinylsulphone Dyes: Effects of Feed Concentration and Cross Flow Velocity,
Istanbul Technical University, Faculty of Civil Engineering, Department of Environmental
Engineering, Istanbul, Turkey, Elsevier, Desalination 143, p. 243-253, fevereiro de 2002.
119
KUNZ, A.; PERALTA-ZAMORA, P.; MORAES, S. G. de; DURÁN, N., Novas Tendências no
Tratamento de Efluentes Têxteis. Química Nova, v. 25, n. 1, p. 78 – 82, 2002.
LUCAS, J.; VALLDEPERAS, J.; HAWKIARD, C.; VAN PARYS, M.; VIALLIER, P.;
CARNEIRO, N. Colour Measurement. Portugal, Eurotex Head Office,1996.
LEI FEDERAL nº 9433 de 08 de janeiro de 1997 – Política Nacional de Recursos Hídricos.
LEI ESTADUAL nº 9748 de 30 de novembro de 1994 – Política Estadual de Recursos Hídricos.
LITTLE, A. H., Water Supplies and the Treatment and Disposal of Effluents, The Textile
institute Manchester, n. 2, 1975.
MANDARAS, G. W.; PARISH, G. J.; SHORE, J. Batchwise Dyeing of Woven Cellulosic
Fabrics – A Practical Guide, England, Society of Dyers and Colourists,1993.
MARTIN, J. R. S.; MARTÍN, L. S., Tingimento e fixação corretos com corantes diretos.
Química Têxtil, p. 40 - 51, junho de 2006.
MARTINS, G. B. H. Práticas Limpas Aplicadas às Indústrias Têxteis de Santa Catarina.
Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade
Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 1997.
MELO, A. R. Otimização do Reuso de Água em Lavadores Contínuos da Indústria Têxtil.
Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal
de Santa Catarina. Florianópolis, 2005.
MENEZES, P. A. V., Tensoativos na Indústria Têxtil. Química Têxtil, p. 54 - 74, n. 80,
setembro de 2005.
120
MODAK, Prasad. Cleaner Production in Textile Wet Processing. Paris: UNEP, 1996.
MORAN, C.; HALL, M. E.; HOWELL, R., Effects of Sewage Treatment on Textile Effluent.
Journal of the Society of Dyers and Colourists, 113, p. 272-274, 1997.
MORELL, J. V.; ROSELL, M. C.; SANCHES, J. C.. Tecnologia Reciclagem - Características
Contaminantes e Possibilidades de Reutilização dos Banhos Residuais dos Tingimentos de
Algodão, Química Têxtil, p. 21-34, junho de 1996.
NBRISO 105-A01 – Ensaios de Solidez da Cor – parte 01: Princípios Gerais do Ensaio. ABNT de
07/08/2006.
NBRISO 105-A02 – Ensaios de Solidez da Cor – parte 02: Escala de Cinza para Avaliação da
Alteração da Cor. ABNT de 07/08/2006.
NBRISO 105-A03 – Ensaios de Solidez da Cor – parte 03: Escala de Cinza para Avaliação da
Transferência da Cor. ABNT de 07/08/2006.
NUNES, J. A. Tratamento Físico-Químico de Águas Residuárias Industriais. 2. ed. Editora J.
Andrade, 1996.
PAWLOWSKI, U. Minimização de Resíduos. Notas de aula da disciplina de Tecnologia Limpa
do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Resíduos Hídricos e Ambientais. Curitiba,
2003.
PELEGRINI, N. N. B.; PELEGRINI, R. T., Tratamento terceário de efluente têxtil por
processo eletroquímico visando reuso de água. Química Têxtil, p. 18 - 21, junho de 2006.
PERUZZO, L. C. Influência de Agentes Auxiliares na Adsorção de Corantes de Efluentes da
Indústria Têxtil em Colunas de Leito Fixo. Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação
121
em Engenharia Quimica, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, fevereiro de
2003.
PERES, C. S.; ABRAHÃO, A. J., Características e sistemas de tratamento de águas residuais
das indústrias têxteis. Química Têxtil, p. 22 - 39, n. 52, 1998.
PITOLI, M. Iso 14.001 no Setor Têxtil. Revista Textília, n. 37, 2000.
PUIGJANER, L., ESPUNA, A., ALMATÓ, M. A Software tool for Helping in Decisiónmaking abaout Water Management in Batch Process Industries. Water Management, V. 20,
p. 645 – 649, 2000.
QUADROS, S. S. Tratamento e Reutilização de Efluentes Têxteis Gerados nos Tingimentos
de Tecido de Algodão. Dissertação de Mestrado em Química, Universidade Regional de
Blumenau, janeiro de 2005.
RAMOS, I. R. A. Aplicação de Membranas Dinâmicas ao Tratamento de Efluentes da
Indústria Têxtil. Dissertação de Mestrado em Tecnolofia do Ambiente, Universidade do Minho,
Portugal. 2002.
SABINO, N. Mercerização de tecido plano de algodão. Química Têxtil, p. 33 - 38, junho de
2006.
SALEM, V., Tingimento Têxtil, Apostila do Curso de Tingimento Têxtil, Golden Química do
Brasil, Módulo 1 e 2, novembro de 2000.
SAMPAIO, L. C. D. G. Estudo das Variáveis que Influenciam na Substantividade dos
Corantes Reativos. Monografia do Curso Bacharel em Química do Departamento de Química ,
Universidade Regional de Blumenau. Blumenau, novembro de 2001.
122
SANIN, L. B. B., A Indústria Têxtil e o Meio Ambiente. Química Têxtil, p.13-34, março de
1997.
SHORE, J. Cellulosics Dyeing. England: Society of Dyers and Colourists,1995.
SILVA, S. da, Fibras Têxteis. Senai/CTV, Blumenau, 19 p., 2003.
SANIN, L. B. B., A Indústria Têxtil e o Meio Ambiente. Química Têxtil, p.13-34, março de
1997.
SAUER, T. Degradação Fotocatalítica de Corante e Efluente Têxtil. Dissertação do Curso de
Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis,
fevereiro de 2002.
SLADE, P. E. Handbook of Fiber Finish Technology. New York: Marcel Dekker INC.,1998.
SPERLING, V. M., Introdução à Qualidade das Águas e ao Tratamento de Esgotos,
Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, vol.
1, 2. ed., 243 p., 1996.
STASOFT, Inc. (2004). STATISTICA (Data Analysis Software Systen). Version 7.0.
TALARPOSHTI, A.; DONNELLY, T.; ANDERSON, G. K., Colour Removal from a
Simulated Dye Wastewater using a Twophse Anaerobic Packed Bed Reactor. Water
Research, 35, p. 425-432, 2001.
TOLEDO, R. A. S., Tecnologia da Reciclagem. Química Têxtil, p. 8-14, março de 2004.
TRALLI, V. J. Noções Básicas para Engomagem. Revista Textília, n. 37, 2000.
123
TUNUSSI, J. L.; SOBRINHO, P. A. Remoção de Cor e Nitrificação de Efluente de Tinturaria
Têxtil
através
de
Processos
Anaeróbio-Aeróbio.
Revista
Água
Latinoamérica,
noviembre/diciembre 2003.
TWARDOKUS, R. G. Reuso de Água no Processo de Tingimento da Indústria Têxtil.
Dissertação de Mestrado, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal
de Santa Catarina. Florianópolis, 2004.
VANDEVIVERE, P. C.; BIANCHI, R.; VERSTRAETE, W. Tratmente and Reuse of
Wastewater from the Textile Wet-Processing Industry. Review of Emerging Techonologies. J.
Chemical Technol, Biotechnol. n. 72, p. 289 - 302, 1998.
VIGO, L. T. Textile Processing and Properties: Preparation, Dyeing, Finishing and
Performance. Elsevier Science, B.V. Amsterdam, 1994.
WEILER, D. K. Caracterização e Otimização do Reuso de Águas da Indústria Têxtil.
Dissertação de Pós-Graduação do Curso em Engenharia Química, Universidade Federal de Santa
Catarina, Florianópolis, 2005.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo