Gerenciamento para recuperação final do elemento químico mercúrio após análise nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio

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1 Gerenciamento para recuperação final do elemento químico mercúrio após análise nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio Bernardete Montovanelli Dalmaso (UVV) bdalmaso@bol.com.br Gutemberg Sobreira (UVV) Luiz Carlos C. Gavazza Araújo Júnior (UVV ) Prof a Gesiane Silveira Pereira (UVV) bruge@terra.com.br Resumo Este trabalho apresenta a metodologia e resultado para a recuperação do elemento químico mercúrio, proveniente do processo analítico, demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, onde é gerado como descarte. Esta pesquisa é realizada no próprio laboratório de meio ambiente da CST, visando à preservação do meio ambiente. É uma aplicação prática da engenharia de produção pelos alunos em formação nos seus postos de trabalho. Palavras chave: recuperação do mercúrio, meio ambiente 1. Introdução A CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão), líder mundial no mercado de placas de aço, tem a preocupação de produzir, mas também de controlar seus descartes de forma adequada para não agredir o meio ambiente. É importante salientar que as indústrias não são as únicas responsáveis pelo quadro atual de contaminação do meio ambiente por substancias tóxicas. A água é muito importante no processo siderúrgico de modo geral, para refrigeração de alguns tipos de produtos que são necessários para a produção do aço. Na coqueria, onde é produzido o coque, é utilizada a água em várias etapas como no resfriamento a úmido do coque, lavagem dos gases e também na destilação da água amoniacal que contém vários elementos químicos altamente prejudiciais ao meio ambiente. Portanto há necessidade de fazer um controle rígido dessa água em setores de tratamento adequados. Nestes são controlados todos os fatores agressivos ao meio ambiente através de análises químicas realizadas no laboratório de meio ambiente da CST, em particular a demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, para verificação da eficiência do tratamento dessas águas, antes de serem lançadas ao efluente final. Na execução dessas análises químicas, demanda química de oxigênio e nitrogênios amoniacais, são gerados descartes em solução ricos mercúrio. O mercúrio possui uma particularidade e um nível de dificuldade de recuperação que varia de acordo com a sua composição química. Por isso a necessidade de buscar uma metodologia adequada para recuperá-lo, evitando assim, sua contaminação ao meio ambiente. Segundo Vergara (2003), a classificação deste trabalho quanto aos meios pode ser pesquisa de laboratório, pois os estudos serão realizados sobre os rejeitos gerados no próprio laboratório da CST e também experimental, pois trata-se de uma investigação na qual o investigador manipula e controla as variáveis que podem ser dados por quantidade, qualidade, variando em cada caso individual. Por exemplo, fazendo testes reais para comparação do mercúrio inicial com a recuperação final. ENEGEP 2004 ABEPRO 5245

2 Quanto aos fins, a pesquisa pode ser exploratória, pois se baseia em pesquisar o elemento químico (Hg) gerado nos procedimentos analíticos realizados nos laboratórios em alguns tipos de análises químicas onde são utilizadas soluções contendo sais de mercúrio. A pesquisa é também explicativa pois visa explicar a importância de recuperar o mercúrio que é muito tóxico aos seres vivos e ao meio ambiente, garantindo a qualidade de vidas presentes e também futuras. A coleta de dados será realizada no laboratório de meio ambiente da CST, através de ensaios, utilizando o próprio descarte da demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, para verificar qual a melhor maneira de recuperar o mercúrio. Com isso será possível saber a quantidade inicial e final de mercúrio existente no descarte. Para visualizar melhor os resultados serão utilizadas ferramentas da estatística com ilustrações gráficas e outros meios para facilitar a compreensão dos dados e ter certeza que o mercúrio foi realmente recuperado. 2. Mercúrio na natureza A principal fonte natural de mercúrio é a própria massa terrestre e seu processo geotérmico. Historicamente o mercúrio foi reconhecido por possuir um alto potencial tóxico. A absorção, transporte, distribuição e eliminação dos compostos de mercúrio dependem da sua natureza química. A maior contribuição de mercúrio para a contaminação atmosférica decorre da queima do carvão de pedra e outros fósseis combustíveis. Os principais compostos de mercúrio descarregados no meio ambiente são: Mercúrio inorgânico,tenil-mercúrio,metilmercúrio e metóxi-etil-mercúrio. O mercúrio é encontrado em todos os lugares: no ar, água, solo, rochas, sedimentos, plantas animais e homem. Parte é originado de fontes naturais e parte de poluição industrial ou a partir da agricultura, causando danos a vida aquática, aos animais e ao homem. 2.1 Descrição geral O mercúrio é um metal com as seguintes características: Símbolo Hg, metal branco, prateado, pesado, móvel, denso e é o único metal líquido, na temperatura ambiente tendo ponto de fusão C e ponto de ebulição de 356,58 C (solidifica formando uma massa maleável), peso molecular 200,59mol/L, densidade de 13,6g/ml, solúvel em ácido nítrico, insolúvel em água e possui três estados de oxidação: Hg 0 (mercúrio elemento metálico), Hg +1 (compostos mercurosos) e Hg +2 ( compostos mercúrios). 2.2 Efeitos Ecológicos do Mercúrio As atividades industriais e a utilização de combustíveis fosseis em geral são acompanhadas por grandes derramamentos de mercúrio. Quando um curso de água é poluído pelo mercúrio, parte deste se volatiliza na atmosfera e depois torna a cair em seu estado original com as chuvas. Uma outra parte é absorvida direta ou indiretamente pelas plantas e animais aquáticos, onde o mercúrio se concentra em grandes quantidades ao longo das cadeias alimentares. Além disso, a atividade microbiana transforma o mercúrio metálico em mercúrio orgânico, altamente tóxico. O homem por sua vez, consome certas espécies de peixes do mar e crustáceos provindos de águas contaminadas, onde são empregados fungicidas à base de metil-mercúrio. A intoxicação aguda no homem provoca náuseas, vômitos, cólicas abdominais, diarréia sanguínea, danos aos rins e morte em um período de dez dias. A figura 1 ilustra o ciclo de contaminação do meio ambiente pelo mercúrio. ENEGEP 2004 ABEPRO 5246

3 Figura 1- Esquema do ciclo de intoxicação do meio ambiente pelo mercúrio 3. Desenvolvimento No processo de transformação de carvão em coque (coqueificação), são gerados águas altamente agressivas chamadas de licor amoniacal, que por sua vez, vão para unidade de tratamento biológico (ETB ). Este tratamento é dividido em duas etapas: A primeira etapa é um processo de destilação do licor amoniacal, para remover amônia, cianeto e sulfeto. A segunda etapa é o tratamento biológico, onde o licor amoniacal já com alguns controles, como por exemplo, temperatura, vazão e outros parâmetros, recebem uma solução de sulfato ferroso para complexar o cianeto e para corrigir o ph (Potencial Hidrogênico) para aproximadamente 8.00, com adição de suspensão de leite de cal. O sobrenadante alimenta o reator biológico TK2 e através das bactérias são oxidados o fenol, cianeto e amônia para mantê-los dentro das normas ambientais. O laboratório de meio ambiente é responsável, pelo recebimento das amostras e vários parâmetros analíticos relacionados a estes itens de controle e envio de resultados aos clientes para os ajustes que se fizerem necessários à manutenção das boas condições operacionais dos sistemas de tratamento. A figura 2 apresenta o processo de coqueificação, onde obtém-se o licor amoniacal. ENEGEP 2004 ABEPRO 5247

4 Coqueria Afluente Licor Licor amoniacal ETB T K - 2 Tratamento Biológico C L 2 Efluente Final Controle do Processo Analítico Laboratório de Meio Ambiente - CST Análise de DQO Demanda Química de Oxigênio Análise de N-NH 3 Nitrogênio Amoniacal Descarte de Mercúrio em Solução Utilizado na Análise de DQO e N-NH 3 Figura 2 Fluxograma representativo da origem e tratamento do licor amoniacal, controle analítico e geração do descarte de mercúrio. 3.1 Metodologia para recuperação do mercúrio Durante a realização destas análises, especialmente as relacionadas ao nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio é utilizada a solução rica em mercúrio, sendo necessário descartá-la em lugar adequado. Nas análises de nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio, as soluções são ricas em mercúrio, por isso, a necessidade de pesquisar uma metodologia que fosse capaz de resolver o problema do descarte gerado no laboratório. A pesquisa está sendo realizada baseada em experiência adquirida no próprio laboratório da ENEGEP 2004 ABEPRO 5248

5 CST, onde a empresa estimula o desenvolvimento dos profissionais na área de trabalho para resolver os problemas do dia a dia. O primeiro método utilizado para recuperar o mercúrio foi com limalha de ferro, mas quando adicionado no descarte da demanda química de oxigênio era totalmente destruído, não recuperando o mercúrio. Através de várias tentativas chegou-se à metodologia atualmente utilizada no laboratório da CST com muita eficiência. Esta metodologia utiliza como base um litro de descarte de nitrogênio amoniacal e demanda química de oxigênio rico em mercúrio. Os reagentes para fazer as análises são, sulfato de mercúrio e cloreto de mercúrio. O ensaio fica em repouso aproximadamente 15 dias e após esse procedimento têm-se a quantidade de mercúrio que foi recuperada, fazendo análise inicial e final do descarte para saber a eficiência do método. Nesta etapa, foi avaliada a eficiência do processo de recuperação do mercúrio contido nos descartes aquosos das análises de demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal. Os ensaios foram divididos em duas partes: Para o descarte do nitrogênio amoniacal, nessler (solução rica em mercúrio), os testes foram realizados em duplicatas em volume de 2000ml, em seguida adicionados aproximadamente 5 gramas de fio de alumínio metálico, o qual realiza a oxidação do mercúrio em solução para mercúrio metálico, com duração de 15 dias em repouso. O mercúrio metálico fica no fundo do recipiente e é armazenado adequadamente para fins comercias. Para o descarte de demanda química de oxigênio, foi realizado o teste em duplicata em volume de 1000ml, solução rica em mercúrio no meio aquoso, com a adição de aproximadamente 10 gramas de cloreto de sódio para precipitar a prata (Ag) existente no descarte. Após esse procedimento foi adicionado aproximadamente 50gramas de fios de alumínio metálico, o qual faz a oxidação do mercúrio existente no descarte para mercúrio metálico, com duração de aproximadamente 15 dias em repouso. Após esse período recolhese o mercúrio metálico que fica no fundo do recipiente e é guarda-o adequadamente para ser comercializado se for o caso. Os demais metais pesados existentes nesse descarte, são recuperados conforme a metodologia já existente. A reação química que ocorre durante a redução do mercúrio em solução para mercúrio metálico é :2Al 0 + 3HgCl 2 2AlCl 3 + Hg Resultados obtidos e análise de eficiência A metodologia utilizada para recuperação do mercúrio em meio aquoso do descarte de demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal mostrou-se com uma boa eficiência, podendo ser adotada no laboratório de meio ambiente da CST, pois garante uma recuperação de mercúrio metálico de aproximadamente 99,70 %. Esse resultado é baseado em análises realizadas no próprio laboratório, utilizando os descartes em solução contendo o mercúrio, medindo-se o mercúrio inicial e final. Os resultados obtidos podem ser melhor visualizados nas tabelas 1 e 2 e figura 3 a seguir: ENEGEP 2004 ABEPRO 5249

6 DESCARTE DE DQO Resultado em mg/l de descarte de DQO EFICIÊNCIA inicial final ( %) 4309 mg/l 2,199 mg/l 99,95 % 4842 mg/l 2,199 mg/l 99,95 % 4644 mg/l 2,866 mg/l 99,94 % 4895 mg/l 2,117 mg/l 99,96 % 4782 mg/l 2,247 mg/l 99,95 % 3689 mg/l 6,297 mg/l 99,83 % 4185 mg/l 9,200 mg/l 99,78 % Tabela 1 Resultados obtidos de mercúrio recuperado no descarte - DQO. DESCARTE DE NESSLER Resultado em mg/l de descarte de N-NH 3 EFICIÊNCIA inicial final ( %) 203,5 mg/l 0,5448 mg/l 99,73 % 241,1 mg/l 0,5267 mg/l 99,78 % 290,0 mg/l 0,4520 mg/l 99,84 % 348,2 mg/l 0,3405 mg/l 99,96 % 368,4 mg/l 0,3541 mg/l 99,90 % 341,6 mg/l 0,4820 mg/l 99,86 % 349,0 mg/l 0,5230 mg/l 99,85 % Tabela 2 Resultados obtidos de mercúrio recuperado no descarte - N-NH 3. % ,95 99,9 99,85 99,8 99,75 99,7 99,65 99,6 02/01/00 04/01/00 06/01/00 Eficiência - DQO Eficiência - NNH3 Figura 3 - Eficiência da recuperação de mercúrio no descarte DQO e N-NH 3 5. Conclusão Para controle do processo de análises demanda química de oxigênio e de nitrogênio amoniacal é gerado um descarte rico em mercúrio que não pode ser descartado diretamente ao meio ENEGEP 2004 ABEPRO 5250

7 ambiente. Este descarte é armazenado em recipientes, gerando um estoque sem destino. Com esta metodologia desenvolvida através da experiência ao longo do tempo conseguiu-se chegar a um bom resultado de recuperação do mercúrio metálico dos rejeitos gerados no laboratório. Este resultado representa a eliminação do armazenamento dos descartes obtidos nas análises de demanda química de oxigênio e nitrogênio amoniacal, eliminando o risco ambiental. Conforme mostrado nos testes experimentais a recuperação está na ordem de 99,7 % do mercúrio metálico, isto, significa, o controle total desses descartes gerados no laboratório e grande benefício para toda a comunidade. Referências CEPIS/OPS<www. google.com.br/. Puplicaciones,Contaminação ambiental por Mercúrio Metálico na região Amazônica. CNPQ/FAPESP/CAPES/MEC, Grupo de espectroscopia Aplicada á química analítica. Química Nova, Julho /Agosto(2003) Reações Aldólicas Assimétricas Catalíticas: Volume 26. n º 4 volume, número 4. Universidade de Brasilia/ Instituto de Geociência, Tese de Doutorado Outros cursos da UMB Sistema de Reações em série para determinação de Mercúrio com Gerador de vapor ENEGEP 2004 ABEPRO 5251