APLICAÇÃO DA REAÇÃO DE FENTON NA REMOÇÃO DA COR E DA DQO DE EFLUENTES TÊXTEIS

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1 APLICAÇÃO DA REAÇÃO DE FENTON NA REMOÇÃO DA COR E DA DQO DE EFLUENTES TÊXTEIS Mônica M. D. Leão (1) Engenheira Química, Doutora em Engenharia de Antipoluição (INSA, FR). Professora Adjunta do Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental (DESA) da Escola de Engenharia da UFMG (EEUFMG). FOTOGRAFIA Eduardo Vieira Carneiro Engenheiro Civil. Doutor em Engenharia Ambiental (Universidade de NÃO Newcastle, GB). Professor Adjunto do DESA / EEUFMG; diretor da DISPONÍVEL Hidroprocess Consultoria e Serviços Ltda. Luiz Ignácio Fernandez de Andrade Engenheiro Civil. Mestrando em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos pelo DESA / EEUFMG. Alexandra Fátima Saraiva Soares Técnica em Sanemento e Meio Ambiente. Aluna de graduação do curso de Engenharia Civil pela EEUFMG. Bolsista de Iniciação Científica e Tecnológica da FAPEMIG. Alisson Paulo de Oliveira Aluno de graduação do curso de Engenharia Metalúrgica pela EEUFMG. Bolsista de Iniciação Científica e Tecnológica da FAPEMIG Douglas William Emanuel Alves Santana Técnico em Química. Estagiário do Projeto Ecotex. Endereço (1) : Av. do Contorno, 842/804 - Centro - Belo Horizonte - MG - CEP: Brasil - Tel: (031) Fax: (031) monica@desa.ufmg.br RESUMO O trabalho trata da utilização do Reagente de Fenton como tratamento complementar de efluentes líquidos de malharias com o objetivo de reduzir a DQO e a cor dos mesmos. Em uma primeira etapa o sistema foi testado em escala de bancada e os resultados obtidos foram aproveitados para o dimensionamento e operação de uma unidade piloto. No estudo foram testadas várias dosagens de reagentes para diferentes valores de ph, obtendo a dosagem mais viável técnica e economicamente, para sua aplicação em industriais de pequeno e médio portes, principais representantes do setor. Esta pesquisa foi realizada pelo DESA / EEUFMG, SINDIMALHAS MG, FAPEMIG e Projeto Minas Ambiente. PALAVRAS-CHAVE: Reagente de Fenton, Indústria Têxtil, Efluente Industrial, Oxidação Química. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 525

2 INTRODUÇÃO São apresentados neste trabalho os resultados de experimentos realizados para avaliar a aplicabilidade do reagente de Fenton na remoção de cor de efluente líquido de tinturarias. Esta pesquisa é parte de um programa de desenvolvimento tecnológico para controle ambiental na indústria têxtil de malhas do Estado de Minas Gerais, que procura alternativas viáveis de tratamento do efluente líquido gerado em indústrias de pequeno e médio porte, de modo a atender aos padrões ambientais vigentes no Estado. A reação de Fenton é definida como a geração catalítica de radicais hidróxido ( OH) que resultam de reações em cadeia entre o íon ferroso (Fe²+) e peróxido de hidrogênio. No tratamento de águas residuárias, o reagente de Fenton é utilizado no tratamento de efluentes contendo compostos orgânicos antropogênicos que são resistentes à degradação ou tóxicos, tais como fenóis, formaldeído, solventes orgânicos, corantes, pesticidas, etc. Os íons Fe 2+ reagem com H 2 O 2 para gerar os radicais hidroxila, que então reagem com os contaminantes orgânicos, segundo as reações abaixo: Fe 2+ + H 2 O 2 Fe 3+ + OH- + OH OH + RH produtos oxidados No caso de efluentes de tinturarias, os problemas apontados para a utilização de tratamento físico-químico com o reagente de Fenton são: quantidade de peróxido necessária, que pode representar um custo elevado; retorno da cor após a neutralização, necessária para o descarte do efluente; elevado tempo de reação na operação de sistema contínuo de tratamento. OBJETIVOS Verificar as condições de utilização do reagente de Fenton ao efluente de tinturarias, para redução de cor após tratamento biológico, avaliando a influência do ph, da relação DQO:H 2 O 2 e da relação H 2 O 2 : Fe 2+. METODOLOGIA Este trabalho foi desenvolvido em duas etapas. Num primeiro momento foram desenvolvidos ensaios em escala de bancada afim de avaliar a possível utilização do método em uma estação piloto de tratamento de efluentes têxteis, bem como nortear a operação dessa unidade. A segunda etapa do trabalho é justamente a operação do sistema de tratamento em escala piloto. Na primeira etapa, os ensaios foram conduzidos utilizando-se como substrato o efluente decantado de um reator biológico de lodos ativados por batelada, montado em escala de bancada e alimentado com o efluente geral de uma tinturaria de malhas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 526

3 A montagem experimental consistiu de um reator de quatro litros, com agitação por aerador ou por agitador mecânico. Após caracterização do efluente e sua adição ao reator, a seqüência operacional de cada teste foi: ajuste do ph; adição de solução de Fe 2 SO 4 ; adição de H 2 O 2 30%; manter a reação por 2 horas, com coleta de amostras a cada 30 minutos, para análise de cor e DQO; decantação; neutralização. A avaliação da remoção de cor foi feita através da determinação do espectro de absorção na região visível e a redução percentual de cor foi calculada a partir da redução da absorvância no pico de absorção. A condução do experimento agora em escala piloto seguiu os mesmos passos descritos para a operação em bancada. Para isso utilizou-se um tanque a jusante de uma unidade piloto de tratamento biológico com as seguintes características: dimensões: altura total 2,0 m altura útil 1,60 m diâmetro 1, 0 m equipamentos: 1 misturador lento e um medidor de ph RESULTADOS E DISCUSSÃO Na tabela 1 é apresentado um resumo dos resultados dos testes. A figura 1 mostra a evolução do decaimento de cor e de DQO para um teste. O conjunto dos resultados indica que: remoção de cor superior a 60% é obtida quando o ph inicial é menor ou igual a 4,0; para ph superior a 3,5, a cor no efluente retorna quando é feita a neutralização ao final do teste; a agitação por aerador ou por agitador mecânico não altera significativamente o resultado em termos de redução de cor e de DQO; a remoção de carga orgânica em termos de DQO pode alcançar até 80%; nas condições dos testes, o decaimento de cor e de DQO é rápido, podendo ser alcançado em 30 minutos; em todos os testes a cor e a DQO se mantiveram inalteradas após decorridos 90 minutos do início dos experimentos; resultados considerados satisfatórios do ponto de vista operacional e de redução de cor foram obtidos para ph=3,5 e DQO: H 2 O 2 : Fe 2+ 10:5:1. Neste caso, um tempo de reação de 60 minutos é suficiente para reduções da ordem de 90 e 75 % para cor e DQO, respectivamente. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 527

4 Tabela 1: Resultados dos testes com Reagente de Fenton. teste DQO: H 2 O 2 : Fe ph inicial Agitação pico abs (Mn) remoção cor (%) remoção DQO (%) retorno cor 4 5:5:1 3,0 ar ,7 não 5 5:5:1 3,0 Mecânica ,3 não 6 5:5:1 6,1 ar não avaliada não avaliada 7 5:5:1 6,1 Mecânica não avaliada não avaliada 8 5:5:1 4,1 ar ,2 sim 9 5:5:1 4,1 Mecânica ,2 sim 10 5:5:1 4,0 ar não avaliada sim 11 5:5:1 4,0 Mecânica não avaliada sim 12 5:5:1 3,5 ar ,4 não 13 5:5:1 3,5 Mecânica ,6 não 14 10:5:1 3,5 ar ,6 não 15 10:5:1 3,5 Mecânica ,4 não 16 20:5:1 3,5 Mecânica ,1 não avaliada 17 15:5:1 3,4 Mecânica ,2 não 18 10:5:1 3,4 Mecânica não avaliada não 19 30:10:1 3,7 Mecânica não avaliada não avaliada Na figura 1 abaixo estão ilustrados alguns resultados de remoção de DQO e cor para diferentes dosagens DQO: H 2 O 2 : Fe 2+, em ph = 3,5. absorvância (625 nm) 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 Teste Fenton 13 - decaimento cor e DQO DQO: H 2 O 2 : Fe =5:5:1 0, min 30 min tempo 60 min 90 min 120 min absorvância Figura 1 Testes de Fenton Resultados; ph = 3, DQO (mg/l) DQO(mg/l) Teste Fenton 17 - decaimento cor e DQO 0, min 30 min 60 min tempo 90 min 120 min Através dos resultados obtidos pode-se observar que a dosagem 5:5:1 apresentou os melhores valores de remoção de cor e DQO. O ensaio 17, com dosagem 15:5:1 apresentou remoção de cor mais baixa e boa remoção de DQO. Essa alternativa representa uma considerável economia de reagentes e, portanto, foi selecionada para os primeiros ensaios em escala piloto. Na tabela 2 são apresentados os resultados médios de eficiência obtidos com a aplicação do reagente de Fenton em escala piloto. A remoção de cor foi calculada a partir da redução do pico máximo de absorvância, determinado por varredura no espectro visível (400 a 700 Mn). absorvância (400 nm) 0,400 0,300 0,200 0,100 DQO: H 2 O 2 : Fe =15:5:1 absorvância DQO (mg/l) DQO(mg/l) ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 528

5 Tabela 2: Resultados obtidos com a aplicação do reagente de fenton. Parâmetro Afluente Efluente Remoção percentual DQO bruta (mg/l) DBO 5 bruta (mg/l) SST (mg/l) Cor 78 Os resultados indicam uma eficiência bastante significativa na remoção adicional de DQO, DBO 5, SST e cor. CONCLUSÕES A oxidação de compostos orgânicos com o reagente de Fenton é uma alternativa interessante para a remoção de cor de efluentes de tinturarias. Quando conduzida após um sistema de tratamento biológico pode quebrar compostos orgânicos mais resistentes, causando uma redução significativa na DQO e na cor. Nos testes executados, identificou-se como fatores limitantes na condução do processo o ph e a dosagem do íon ferroso, podendo ser empregadas relações DQO:H 2 O 2 inferiores aos citados na literatura. A oxidação química através de peróxido de hidrogênio com sais de ferro, diferente das práticas convencionais utilizadas para a indústria têxtil, onde prevalecem os processos de coagulação / floculação, mostrou-se bastante satisfatória. Este método de tratamento, conforme indicam os resultados, permitiu alcançar níveis de tratamento extremamente elevados em relação aos parâmetros DQO, DBO 5, cor e sólidos em suspensão, que são iguais ou superiores aos reportados na literatura. Embora tal opção, como todo sistema complementar de tratamento, envolva um custo adicional à unidade, esta alternativa trouxe ganhos significativos à qualidade do efluente tratado que não podem ser desprezados. Uma opção a ser estudada é a utilização do reagente de Fenton como pré-tratamento para os banhos de tingimento apenas, o que torna necessária a segregação de efluentes no processo industrial. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 529

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. FLAHERTTY, JR, H.A., HUANG, C.P., " Batch and Continuous Flow Applications of Fenton's Reagent and Fenton Like Chemistry for the Treatment of Refractory Textile Wastewaters, in: Chemical Oxidation - Proceedings of the Third International Symposium, Technomic Publishing Co, Inc., vol 3, 1994, REIFE, A.; WEBER, ERIC; FREEMAN, H. S., " Iron: Producing more than Rust in our Environment", Chemtec,, 10, 1997, VELLA, P.A.; MUNDER, J.A., " Toxic Pollutant Destruction", in " Emerging Technologies in Hazardous Waste Management III", American Chemical Society, 1993, SEDLAK, D. L.; ANDREN, A. W., " Oxidation of Chlorobenzene with Fenton's Reagent", Enviromental Science and Technology, 25, (4), 1991, Reference Library- Peroxide Applications: Fenton's Reagent, 6 pp. 6. VELLA, P. A..; VERONDA, B., "Oxidation of Trichloroethylene: A Comparison of Potassium Permanganate and Fenton's Reagent", in: Chemical Oxidation - Proceedings of the Third International Symposium, Technomic Publishing Co, Inc., vol 3, 1994, GREGOR, K. H., "Oxidative Decolorization of Textile Waste Water with Hidrogen Peroxide", Melliand Textilberichte, 71, 1990, AL-HAYEK, N.; DORE, M., "Oxidation des Composés Organiques par le Reactif de Fenton: Possibilités et Limites", Environmental Technology Letters, 6, 1985, POTTER, F. J.; ROTH, J. A., "Tha Behavior of Dissolved Oxigen during Fenton's Oxidation", in: Chemical Oxidation - Proceedings of the Third International Symposium, Technomic Publishing Co, Inc., vol 3, 1994, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 530