22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental

Transcrição

1 22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro Joinville - Santa Catarina VI AVALIAÇÃO FINAL DA REMOÇÃO DE COR EM EFLUENTES DA INDÚSTRIA TÊXTIL UTILIZANDO ADSORÇÃO COM ARGILAS ESMECTITAS DA REGIÃO DO ARARIPE-PE Givanilda Honório Silva(1) Mestranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da UFPE, Licenciada em Química pela UFRPE(1992). Gilson Lima da Silva Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da UNICAMP, Mestre em Ciências do Solo pela UFRPE(1992), Engenheiro Químico pela UFPE(1983). Osmar Souto Baraúna Doutorando do Programa de Pós Graduação em Engenharia Química da UNICAMP, Mestre em Geologia Sedimentar pela UFPE(1991), Geólogo pela UFPE(1975). César Augusto Morais de Abreu Doutor em Engenharia Química pela Universidade de Nancy-França(1987), Mestre em Química pela UFPE(1985) cesar@ufpe.br Valdinete Lins e Silva Doutor em ciências pela UNICAMP(1991), Mestre em Ciências pela UFPE(1977), Química pela UNICAP (1972). Coordenadora do Grupo de Engenharia Ambiental do Departamento de Engenharia Química da UFPE. vlins@ufpe.br

2 Endereço(1): Rua Dr. Machado, 645 Apt 201-A Campo Grande Recife-PE - Brasil - Tel: (81) givanildah@cprh.pe.gov.br RESUMO O interesse dos órgãos ambientais no potencial poluidor que envolve as indústrias têxteis tem sido os corantes têxteis, devido ao seu alto grau de toxicidade, pois a grande maioria é considerada carcinogênica. Este trabalho tem como objetivo avaliar a utilização das argilas esmectitas, resíduos da produção de gipsita e de grande disponibilidade na Região do Araripe PE, como adsorventes para remoção de corantes de efluentes de indústria têxtil. Na metodologia, utilizou-se um efluente preparado em laboratório, considerando o principal corante utilizado pelas indústrias do pólo têxtil do município de Toritama-PE. Assim, foram preparadas duas soluções de concentrações diferentes, com o corante Azul Turquesa (Solofenil), similar às utilizadas nas indústrias, ou seja, 0,34; 0,085g de corante e cloreto de sódio nas proporções de 8,34 e 2,04g diluídos em 50mL de água. Foram utilizadas 0,2 g de argilas do tipo esmectitas, nas formas ativada com HCl (1:1) e in natura, respectivamente. Realizaram-se ensaios em banho finito com agitação durante 24h e temperatura constante de 25 C. O modelo experimental estatístico adotado foi o fatorial 22 com repetição. Os resultados obtidos demonstraram que o processo de adsorção é tecnicamente viável para remoção de corantes em efluentes de indústria têxtil. No caso da utilização das argilas ativada e in natura, pode-se constatar resultado altamente significativo, em torno de 99% de eficiência de remoção de cor, demonstrando não haver diferença significativa entre as duas formas de argilas, permitindo afirmar que em termos de utilização em escala industrial, pode-se tornar bastante atraente economicamente, o seu uso na forma in natura. PALAVRAS-CHAVE: adsorção, remoção de cor, corantes,efluente têxtil, argila. INTRODUÇÃO O interesse no potencial poluidor que envolve os corantes têxteis é baseado principalmente no alto grau de toxicidade desses corantes, pois a grande maioria é considerada carcinogênica. O corante Azul Turquesa (Solofenil) usado neste experimento apresenta como estrutura química uma metalftalocianina, conforme representado na Figura 01

3 Figura 01. Estrutura da metalftalocianina. Para remoção dos corantes nos efluentes têm sido utilizadas várias técnicas como precipitação, coagulação, oxidação avançada, etc. Porém na maioria das vezes ou a técnica é ineficiente ou o custo é muito elevado. A adsorção é uma técnica amplamente utilizada e muito eficiente na remoção de componentes orgânicos voláteis. Existe uma vasta pesquisa no desenvo lvimento de novos adsorventes, aplicados à remoção dos corantes têxteis, podendo-se ressaltar os esforços de Lin (1993a) que utilizou diatomita, alumina ativada, peneiras moleculares e serragem de madeira na adsorção de corante. Além do carvão ativado, Kremer e Ricther (1995) sugerem o uso de outros materiais alternativos como: carvão de coque, turfa, carvão de pedra, polímero sintético não-iônico, terra de diatomácea, alumina ativada, bentonita, resinas trocadoras de íons e algodão modificado. Bousher et al. (1997), Meyer et al. (1992) utilizaram materiais de baixo custo para remoção de corantes, em substituição ao carvão ativado, incluindo vermiculita, pó-de-serra, carvão vegetal, haste de milho, areia, cascas de arroz. Os resultados demonstraram que com exceção da vermiculita, mais de 50% da cor foi removida do efluente, já o carvão vegetal e o arroz, apresentaram as melhores eficiências (67% e 65%) respectivamente. Alguns constituintes do efluente se adsorveram melhor que outros, como também aqueles adsorventes não processados contribuíram para a introdução de novos constituintes ao efluente. Em Pernambuco um dos grandes problemas enfrentados pelo Órgão Ambiental é a poluição hídrica provocada pelo lançamento de efluentes das indústrias têxteis, em especial aquelas localizadas na Região do Agreste, especificamente no Pólo de Confecções localizado nos municípios de Caruaru, Santa Cruz do Capibaribe e Toritama. Essas empresas enquadramse na tipologia de pequenas tingidoras industriais, que prestam serviço às diversas confecções de jeans espalhados pelo município. O problema ambiental agrava-se a medida em que esses efluentes são descartados em corpos hídricos da Região, responsável pelo abastecimento de água dos municípios citados, o que vem acarretando problemas de qualidade de água para o abastecimento, elevando de certa forma o custo da empresa de saneamento responsável pelo abastecimento. Por outro lado, no Sertão do Araripe nos defrontamos com outro problema ambiental sério, causado pela disposição inadequada do resíduo gerado na exploração da gipsita, caracterizado como uma argila esmectita, a qual vem sendo disposta nas áreas de lavra das mineradoras localizadas naquela região, em especial no município de Ouricuri.

4 Os adsorventes utilizados neste trabalho foram argilas do tipo esmectitas, as quais são consideradas filossilicatos constituídos por duas folhas de silicato tetraédricas, com uma folha central octaédrica, unidas entre si por oxigênio comuns a essas folhas, que são compostas por tetraedros contendo um átomo de silício circundado por quatro átomos de oxigênio; as folhas ocataédricas são compostas de octaedros contendo um átomo de alumínio, e/ou magnésio e/ou ferro, circundado por seis grupos de hidroxilas, conforme Figura 02. Nos tetraedros, cada oxigênio tem uma valência ligada ao átomo de silício, e outra valência ligada ao átomo de oxigênio ou outro elemento do tetraedro seguinte ou do octaedro contíguo como em Baraúna (1991)6. Figura 02. Estrutura da argila esmectíta A isoterma de adsorção é a característica mais utilizada dos estados de equilíbrio de um sistema de adsorção e pode fornecer informações úteis sobre este processo. A partir dela é possível determinar a área da superfície adsorvente, o volume dos seus poros, sua distribuição e o calor de adsorção. Muitas equações teóricas ou semi-empíricas foram desenvolvidas para interpretar ou predizer as isotermas. Este trabalho tem o objetivo de avaliar a adsorção como um processo viável para remoção de corantes de efluentes têxteis, utilizando adsorventes alternativos de baixo custo, como as argilas esmectitas de grande disponibilidade na Região do Araripe desse Estado, com vistas a minimizar o impacto ambiental ocasionado pelo lançamento de efluentes das indústrias têxteis localizadas no município de Toritama-PE, bem como resolver outro problema ambiental, através da utilização da argila esmectita como adsorvente, considerado um resíduo sem aproveitamento nas frentes de lavras de exploração da gipsita. METODOLOGIA EXPERIMENTAL O efluente foi preparado no laboratório, a partir das características e composição do principal corante utilizado pelas indústrias do pólo têxtil de Toritama -Pernambuco. Foram preparadas duas soluções de concentrações diferentes, com o Corante Azul Turq uesa (Solophenyl Turquesa BRLE 400% da CIBA),. As soluções foram preparadas nas mesmas concentrações utilizadas na indústria objeto do estudo, ou seja 0,34 e 0,085g de corante, adicionando conforme a estequiometria, o cloreto de sódio nas proporções de 8,34 e 2,04g diluídos em 50mL de água.

5 Os testes foram desenvolvidos com adsorventes nas quantidades de 0,2g. nas formas in natura e ativada com ácido clorídrico, respectivamente e realizados em banho finito com agitação e temperatura constante de 25+2 C, com tempo de agitação de 24 horas, conforme Tabela 1. Foram utilizados modelo experimental estatístico fatorial 22 com repetição, para otimização dos experimentos. Os níveis de cor inicialmente foram medidos espectrofotometricamente a 535 nm, segundo metodologia de Clesceri et al (1998) A concentração do corante foi medida antes e depois da adsorção. em banho finito com as argilas, sendo os resultados expressos em mg/l de Pt/Co. Tabela 01. Fatores e níveis empregados no planejamento fatorial 22 aplicado à remoção de cor em efluentes têxteis. Fatores Níveis Superior (+) Inferior (-) 1 - Corante (g) 0,340 0, NaCl (g) 8,340 2,085 Para os experimentos cinéticos de transferência de massa, utilizou-se o método da imersão em banho finito. Colocando 0,2 g da argila ativada ou in natura em erelenmeyer de 125 ml e 25 ml de uma solução 0,340g/50mL do corante Azul Turqueza (Solofenil) e 8,430g/50mL de sal em erlenmeyer com tampa. O ph manteve-se constante. Os frascos contendo adsorvente e adsorbato foram deixados em mesa agitadora a uma temperatura de 25 ± 2 oc até os tempos de 1, 2, 5, 15, 25, 35, 50, 75, 105, 135, 165, 195 min até 550 minutos. As amostras foram filtradas em papel de filtro quantitativo e as concentrações residuais do corante foram determinadas por espectrofotometria de absorção molecular na região UV-Visível (Fenton 435) no comprimento de onda de 535 nm. Os resultados foram calculados com base na equação 01.

6 ...01 em que q é a capacidade de adsorção do adsorvente (mg.g-1 do adsorvente), C0 é a concentração inicial do corante na solução (mg.ml-1), C* é a concentração da solução após adsorção (mg.ml-1), V é o volume da solução (ml) e m é a massa do adsorvente (g). A isoterma de Langmuir é caracterizada por uma aproximação monotônica a uma quantidade limite de adsorção, presume-se corresponder à formação de uma monocamada. Este tipo de comportamento é esperado para quimiosorção. RESULTADOS E DISCUSSÕES Na Tabela 02 estão apresentados os resultados médios obtidos nos ensaios de remoção de cor do planejamento fatorial 22 aplicado para os dois tipos de argila. As taxas de remoção de cor variaram de 91,18 a 99,37%, para argila in natura, e 87,84 a 99,35% para argila ativada. Tabela 02: Resultados médios do processo de remoção de cor para os efluentes, conforme planejamento fatorial 22 em duplicata. Ensaio Variáveis/Níveis % de remoção Tipo de argila Corante (g) NaCl (g) In natura Ativada ,18 87,84 2

7 + - 80,16 81, ,67 97, ,37 99,35 Analisando a Tabela 02 foi observado que os experimentos 3 e 4 apresentaram maior remoção de cor.foi escolhido o experimento 4 (0,085g de corante e 8,34g de Cloreto de Sódio) para desenvolvimento do trabalho de adsorção. ESTUDO CINÉTICO DE ADSORÇÃO Os dados obtidos do estudo da cinética da adsorção do corante na argila ativada e in natura foram calculados a partir de uma curva de calibração para o corante na concentração de 0-300mg/L a 535nm (Figura 03). Os resultados mostraram que a argila ativada alcança um equilíbrio em menos de 10 minutos (Figura 04) enquanto argila in natura só alcança o equilíbrio em torno de 10 horas (Figura 05)

8 Os resultados obtidos As equações de Langmuir e Freundlich (Mesquita et al., 2000), são as mais utilizadas no estudo da adsorção de gases e vapores sobre substâncias porosas. No caso da adsorção de soluções, as duas primeiras equações são as mais empregadas. O comportamento da adsorção do corante Azul Turqueza (Solofenil) na superfície da argila, quer ativada, que in natura foi justificado pelo modelo de Langmuir-Freundlich, como mostra a Equação 02, considerando n = Figura 03: curva de calibração do corante azul Turquesa Solophenyl (metalftalocianina). Os resultados dos experimentos cinéticos encontram-se nas figuras 04 e 05 Figura 04:remoção de corante em mg/g para argila in natura. Figura 05: remoção de corante em mg/g para argila ativada. Pode-se observar que a argila ativada apresenta um tempo menor de remoção, (em torno de 10 minutos) que a argila in natura (aproximadamente 8 horas). Obteve-se eficiência de remoção em média de 180mg de corante por grama de argila in natura, completando o processo aproximadamente em 500 minutos. Em relação à argila ativada com HCl (1:1), removeu até 470 mg de corante por grama de argila completando o processo em aproximadamente 10 minutos. CONCLUSÕES Os resultados obtidos demonstraram que o processo de adsorção é tecnicamente viável para remoção de corantes em efluentes da indústria têxtil. O adsorvente utilizado, no caso a argila esmectita demonstrou alta capacidade de remoção de corantes nas condições do ensaio.

9 Concluímos que a argila ativada remove maior quantidade de corante em um período de tempo muito menor, o que se torna bastante atraente economicamente, seu uso na forma ativada. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.GARDINER,K. D.; BORNE, B.J. Textile waste waters; treatment and environmental effects. Stevenage, Water Research Centre LIN, H. S. Adsorption of disperse dye by various adsorbers. J. Chem Tech. Biotechnol., 58, p , 1993a 3. RICHTER, I. S KERMER, W. D.;. Decolorization of deyhouse waste water by ion-pair extraction. Melliand Textilbericth, Frankfurt: Druckerei Schwenk & Co. GmbH, 76(6), E116-E120, BOUSHER, A.; SHEN, X.; EDYVEAN, R. G. J. Removal of Coloured Organic Matter by. Adsorption Onto Low-cost Waste Materials. Wat.Res. v. 31. n.8 p , MEYER,V.; CARLSSON, F.H.H.; OELLERMANN,R.A. Decolourization of textile effluent using a. low cost natural adsorvent material. Wat. Sci. Tech. v.26, n.5-6, p , BARAÚNA, O. S. Estudo das argilas que recobrem as camadas de gipsita da Bacia Sedimentar do. Araripe. Recife, p. Dissertação (Mestrado), UFPE, Centro de Tecnologia, CLESCERI, L.S. GREENBERG, A.E EATON, A. D. Standard Methods for the examination of water. and wastwewater, 20th Edition, Baltimore, MESQUITA, M.E, J.M. Vieira e Silva, Preliminar study of ph effect in the application of Langmuir and Freundlich isotherms to Cu-Zn competitive adsorption, Received 18 May 2000; received in revised form 31 january 2001; accepted 17 july 2001