Aplicação do pó de semente de Moringa Oleífera como coagulante natural para o tratamento de efluente têxtil

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1 Aplicação do pó de semente de Moringa Oleífera como coagulante natural para o tratamento de efluente têxtil Lucas Augusto Baú [PIBIC, Voluntário] 1, Caroline Bertinatto Fabris [Colaboradora] 1, Kao Pei Yui [Colaboradora] 1, Eduardo Eyng [Orientador] 2, Paulo Rodrigo Stival Bittencourt [Colaborador] 2, Rafael Arioli [Colaborador] 2 1 Engenharia de Produção 2 SEBLIC - Secretaria de Bacharelados e Licenciaturas Câmpus Medianeira Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Av. Brasil, Parque Independência. CEP lucas_bau_5@hotmail.com, eduardoeyng@utfpr.edu.br Resumo O emprego de tecnologias mais limpas no tratamento de efluentes é uma tendência crescente entre as pesquisas que vem sendo realizadas. Devido a dificuldade de fazer o tratamento dos efluentes das indústrias têxteis, este estudo consistiu em aplicar a técnica de coagulação, utilizando coagulante natural, em um efluente de uma indústria têxtil, inicialmente, por meio de um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR), identificar os valores ótimos de variáveis como faixa de ph, tempo de agitação e concentração de pó de semente de Moringa Oleífera sobre o desempenho da técnica, avaliado por indicadores como cor e turbidez. Para faixa de valores estudada, apenas a variável ph x Tempo se mostrou significativa estatisticamente, para a remoção de turbidez, a 5% de significância, já para a remoção de cor, a faixa estudada não apresentou resultados significativos. Palavras-chave: Moringa Oleífera; Coagulação; Efluente Têxtil; Tratamento. Abstract - The cleaner technologies use on wastewater treatment is a growing trend among the studies that have been recently conducted. Due the difficulty of treating effluents from textile industries, this study applied coagulation technique, with natural coagulant, on a textile industry effluent, initially, through a Rotational Central Composite Design (DCCR), identify the optimal values of variables such as ph, stirring time and Moringa Oleífera seed powder concentration on the technique performance, measured by indicators like color and turbidity. To turbidity removal, for the range of values studied, only ph x time factor was statistically significant (5% of significance level), furthermore, to color removal, the range of values studied showed no significant results. Keywords: Moringa Oleífera; Coagulation; Textile Effluent; Treatment. INTRODUÇÃO O Brasil é hoje um dos países que mais se destacam pela sua indústria têxtil, sendo o quarto maior comprador do mundo de teares a jato, e o maior da América Latina. Com tamanha produtividade, o efluente das indústrias têxteis passa a ser um problema ambiental, devido a seu alto caráter poluidor, para minimizar os impactos, muitos tratamentos são realizados com o efluente. Como alternativa para os tratamentos de efluentes, a semente da Moringa Oleífera Lam, vem sendo apontada como um potencial substituto para os coagulantes químicos

2 utilizados atualmente, devido a seu grande potencial de coagulação, baixo custo, e facilidade no possível tratamento. A Moringa Oleífera Lam, é uma planta nativa do norte da Índia, tem crescimento rápido, podendo alcançar uma altura de até 12 metros. Inicialmente utilizam-se somente o óleo da semente para a produção de cosméticos, e as folhas como suprimento alimentar para crianças desnutridas. Há apenas alguns anos a semente da Moringa passou a ser utilizada, entre outras coisas, como coagulante em tratamento de água. Segundo Borba [1] as impurezas contidas na água apresentam cargas negativas, criando assim uma repulsão entre elas. Para que possa haver a coagulação das partículas, são usados, principalmente, sais de alumínio, ferro e polímeros naturais ou sintéticos, que fazem com que a força iônica no meio líquido seja alterada. Schwartz [2], afirma que como alternativa de coagulante, a semente da Moringa passou a ser utilizada, pois tem uma grande quantidade de proteína solúvel em água que contém carga iônica positiva, assim quando adicionados a um meio aquoso atua como magneto atraindo a matéria orgânica de carga negativa que esta em suspensão no líquido. Um estudo realizado em Malawi, na África, por Rangel [3], apontou outra vantagem de utilizar a semente de moringa no tratamento de efluentes, com ela a pesquisadora percebeu que pode agir em faixas de grades variações do valor do ph, enquanto outros coagulantes químicos como o sulfato de alumio tem uma faixa bem restrita para a variação deste valor, pra que continue eficiente. Possibilitando assim, atuar em meios onde não é possível alterar o ph, além de reduzir custos por não precisar adicionar novos insumos para corrigi-lo. Kumari [4] afirma que a semente Moringa também se mostra financeiramente mais eficiente que os coagulantes químicos, por apresentar custos de produção bem reduzidos, em um hectare de Moringa são produzidos kg de semente por ano, o suficiente para tratar 30 milhões de litros de água ou efluente com turbidez acima de 100 UNT (Unidade Nefelométrica de Turbidez). METODOLOGIA O presente estudo consistiu em realizar ensaios de coagulação em efluente de indústria têxtil, utilizando a semente de moringa, a fim de estudar um coagulante natural, alternativo aos coagulantes químicos normalmente utilizados, que apresente melhor ou equivalente remoção das impurezas presentes na água. O experimento foi realizado no Laboratório de Processos e Biocombustíveis da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), em Medianeira, Paraná, utilizando-se um Jar Test, de marca PoliControl e modelo FlocControl III, efluente gerado por indústria têxtil e sementes de Moringa Oleífera. O efluente utilizado nos testes experimentais foi coletado em uma indústria têxtil, no município de Céu Azul-Pr, após a coleta, foi colocado em embalagens plásticas PET de dois litros e armazenado em congeladores, a fim de que o mesmo não perdesse suas características. Já as sementes de moringa foram coletadas na cidade Paranavaí-Pr, ainda nas vagens, foi seca em condições ambientes para que depois as mesmas fossem descascadas, em seguida, as sementes, foram moídas em um liquidificador, de modo a tornasse um pó, na sequência o pó passou por um processo de secagem à vácuo. O valor para os parâmetros a serem analisados foi obtido a partir de testes preliminares, e depois foi realizado um planejamento fatorial completo 2 n (n=3). Assim possibilitando utilizar um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) a fim de obter informações quanto aos efeitos das variáveis ph, tempo de agitação e concentração do pó de semente de moringa. O DCCR também propicia a obtenção do modelo das variáveis respostas

3 em função das variáveis independentes. A matriz do delineamento experimental é apresentada na Tabela 1. Tabela 1 Matriz do delineamento experimental. ph Tempo Concentração Ensaio I Ensaio II Ensaio III Ensaio IV Ensaio V Ensaio VI Ensaio VII Ensaio VIII Pontos Centrais Na Tabela 2 estão expressos os valores referentes aos níveis estudados para os fatores: ph, tempo de agitação e concentração do pó da moringa. Tabela 2 Níveis estudados para as variáveis independentes. Variável ph 8,78 7,00 5,21 Tempo (min) 28,00 25,00 22,00 Concentração (g/l) 0,42 0,30 0,18 Para que as variáveis fossem analisadas no DCCR, foi utilizado um modelo matemático, de modo a gerar uma equação de primeiro grau. Os parâmetros utilizados na Equação 1 foram ajustados a partir dos dados experimentais. + (Equação 1) Onde: y = variável resposta. = média entre as variáveis. a 1,..,6 = coeficientes. x 1, x 2, x 3 = variáveis independentes. Para assegurar que a ordem dos ensaios não exercesse qualquer influencia nos resultados, fez-se um sorteio para determinar a ordem dos experimentos, seguindo esta ordem, os ensaios foram conduzidos, em duplicata, observando-se os valores das variáveis-resposta: cor e turbidez de cada amostra. O efluente foi distribuído em béqueres com 500 ml cada um, onde foi ajustado o valor do ph, adicionado o pó da semente de moringa em variadas quantidades mantendo-se o efluente sob agitação com diferentes tempos no Jar Test, conforme o planejamento experimental. O primeiro parâmetro a ser controlado foi o ph, como uma faixa de variação entre 5,21 e 8,78. Após estabilizar o ph, a moringa era adicionada na forma de pó aos béqueres, para na sequência ser encaminhado ao Jar Test. A concentração do pó de semente de moringa nos ensaios teve variação entre 0,18 g/l e 0,42 g/l, conforme planejamento demonstrado na tabela 1, e o processo de agitação foi

4 realizado em duas etapas, a primeira com velocidade de 300 rpm por um minuto, para que ocorra a coagulação das partículas, e a segunda com agitação branda, permitindo a floculação, teve uma velocidade de 35 rpm com o tempo variando entra 22 minutos e 28 minutos. Após os testes realizados, as amostras permaneceram decantando, por um intervalo de duas horas. Na sequência, usando uma pipeta, eram coletadas do centro dos béqueres amostras para serem avaliadas, segundo seus parâmetros físico-químicos empregados como variáveis-resposta: cor e turbidez. Para a obtenção do grupo de controle (GC), o efluente bruto foi submetido à agitação magnética paralelamente aos correspondentes ensaios, deixando decantar juntamente com a amostra do ensaio. Todas as determinações analisadas foram realizadas em duplicata, sendo consideradas apenas as médias entre os valores. As análises de cor foram realizadas em um espectrofotômetro de marca Hach e modelo DR 2800, ajustado para o comprimento de onda de 450 nanômetros, e para as análises de turbidez utilizou-se um Turbidímetro Nefelométrico da marca PoliControl e modelo AP RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente foram avaliados os resultados dos ensaios em relação à Turbidez das amostras. Na Tabela 3, são apresentados os valores da respectiva variável resposta, antes e após o tratamento do efluente têxtil, bem como do grupo de controle e a eficiência de remoção para cada um dos ensaios e seus grupos de controle. Os dados apresentados correspondem à média entre os valores, devido à duplicidade dos testes. Tabela 3 Resultado da Turbidez Efluente Bruto Grupo de Controle Efluente Tratado Eficiência do Tratamento Eficinência do GC ±0,01 (NTU) ±0,01 (NTU) ±0,01 (NTU) (%) (%) 1 52,00 18,25 22,40 56,92 64, ,00 18,25 14,35 72,40 64, ,20 6,70 12,17 78,38 88, ,00 18,25 15,95 69,33 64, ,00 8,00 12,50 78,07 85, ,00 8,00 9,00 84,21 85, ,00 18,25 18,20 65,00 64, ,00 18,25 15,95 69,33 64, ,20 6,70 13,75 75,53 88, ,20 6,70 12,70 77,40 88, ,20 6,70 13,60 75,80 88,09 Pode-se observar que houve uma grande variação nos valores da eficiência de redução da turbidez, que ficaram entre 56,9 e 84,2%, para os valores obtidos nos ensaios, já para o grupo de controle essa variação foi menor, estando entre 64,9 e 88,9%. Esta diferença pode ser explicada devido às características apresentadas pelo efluente. Os resultados dos ensaios foram semelhantes aos encontrados por Beltrán Heredia [5], quando usou extrato da semente de moringa oleifera em uma solução salina para a coagulação, e não apenas o pó da semente.

5 Ao utilizar o extrato o pesquisador evitou o aumento da turbidez ao adicionar o pó da semente de moringa, porém, adiciona duas novas etapas no processo de tratamento, a produção do extrato, e a correção da salinidade do efluente, devido à elevada concentração de sais presente no extrato. O Gráfico 1, compara os valores das eficiências entre a remoção da turbidez das amostras dos ensaios com os grupos de controle. Gráfico 1 Eficiência para remoção de turbidez No Gráfico 1, pode-se perceber que a melhor eficiência de redução da turbidez apareceu no grupo de controle, nos ensaios 3, 9, 10 e 11, e que a menor eficiência ocorreu no efluente tratado no primeiro ensaio. Notou-se, também, que na maior parte dos ensaios, o grupo de controle se mostrou mais eficiente que o tratamento utilizado. Para conseguir maiores informações sobre o efeito de cada uma das variáveis sobre o resultado dos ensaios, foi utilizado o software Action, um suplemento estatístico da plataforma do Microsoft Office Excel 2010, usado para analise de dados. As análises realizadas em relação à turbidez das amostras estão representadas na Tabela 4. Tabela 4 Analise estatística em relação à Turbidez Parâmetros Efeitos Coeficientes p-valor Média 72,94 1,36 E-06 ph - 4,90-2,45 0,26 Tempo 2,40 1,20 0,55 Concentração - 4,23-2,12 0,32 ph x Tempo - 11,57-5,79 0,04 ph x Concentração 1,01 0,50 0,80 Tempo x Concentração - 6,58-3,29 0,15 É possível observar na Tabela 5 que apenas os parâmetros Média e ph x Tempo tiveram p-valor menor que 0,05, percebe-se assim que foram os únicos parâmetros estatisticamente significativos. Outra ferramenta utilizada para a análise estatística dos dados foi o teste F, apresentado na Tabela 5, visando verificar-se o ajuste do modelo avaliado.

6 Tabela 5 Teste F para a Turbidez Fonte de Var. SQ* GL** MQ*** Fcalculado Ftabelado p-valor Regressão 451, ,32 2,70 6,16 0,18 Resíduos 111, ,86 Total 563,36 10 R 2 = 80,21 *: Soma dos Quadrados dos Erros. **: Grau de Liberdade. ***: Média dos Quadrados dos Erros. Como o valor do Fcalcualdo foi menor que o apresentado pelo Ftababelado, e o p- valor inferior a 0,05, o modelo não explica satisfatoriamente o fenômeno, e a superfície de resposta não pode ser gerada, somente os efeitos podem ser analisados. O valor do coeficiente de determinação R 2 foi de 80,21. Podendo-se dizer assim que 19,79% da variância da regressão não depende das variáveis apresentadas. Após realizar as análises da turbidez, os mesmos estudos foram feitos com a variável resposta cor. Na tabela 6, são apresentados os valores, da cor do efluente, nas amostras antes e depois do tratamento, bem como do grupo de controle e a eficiência de remoção para cada um dos ensaios e seus grupos de controle. Os dados correspondem à média entre a duplicata dos ensaios. Efluente Bruto Tabela 6 - Resultado da variável resposta Cor Grupo de Efluente Eficiência do Controle Tratado Tratamento Eficinência do GC ±0,01 (NTU) ±0,01 (NTU) ±0,01 (NTU) (%) (%) 1 0,204 0,074 0,099 51,60 63,64 2 0,204 0,074 0,092 54,79 63,64 3 0,220 0,064 0,085 61,59 70,91 4 0,204 0,074 0,098 51,84 63,64 5 0,176 0,072 0,091 48,43 58,69 6 0,176 0,072 0,082 53,28 58,69 7 0,203 0,074 0,096 52,93 63,64 8 0,204 0,074 0,095 53,32 63,64 9 0,220 0,064 0,083 62,50 70, ,220 0,064 0,088 60,00 70, ,220 0,064 0,085 61,36 70,91 Pode-se observar que os valores de remoção da cor, bem como sua variação, no tratamento e no grupo de controle foram menores que a remoção da turbidez, ficando entre 48,43 e 62,50% para as amostras tratadas, e 58,69 e 70,91% para os grupos de controle. A eficiência de remoção da cor entre as amostras dos ensaios e seus respectivos grupos de controle é comparada no Gráfico 2.

7 Gráfico 2 Eficiência para remoção de cor Observando o Gráfico 2, nota-se que a melhor eficiência de redução da cor ocorre nos grupos de controle correspondente aos ensaios 3, 9, 10 e 11, os mesmos que apresentaram a melhor redução de turbidez. Percebe-se, também, que em todos os ensaios, o efluente tratado foi menos eficiente que o grupo de controle, apresentando seu pior valor no quinto ensaio. Fazendo uso da ferramenta Action, obteve-se a Tabela 7, que apresenta a eficiência de cada um dos parâmetros analisados em relação à cor. Tabela 7 - Analise estatística em relação a Cor Parâmetros Efeitos Coeficientes p-valor Média 55,59 6,87 E-06 ph 2,99 1,496 0,52 Tempo - 2,87-1,43 0,54 Concentração 0,30 0,15 0,95 ph x Tempo - 0,65-0,33 0,89 ph x Concentração 2,97 1,49 0,52 Tempo x Concentração - 4,32-2,16 0,37 Como o único parâmetro que apresentou p-valor menor que 0,05, na Tabela 9, foi a média, pode-se concluir que apenas este pode ser considerado estatisticamente significativo, enquanto os outros parâmetros não influencia de significativamente no modelo. O teste F também foi realizado para avaliar os dados em relação à cor do efluente têxtil, e seus resultados estão expressos na Tabela 8. Tabela 8 Teste F para Cor Fonte de Var. SQ* GL** MQ*** Fcalculado Ftabelado p-valor Regressão 90, ,079 0,413 6,163 0,8404 Resíduos 146, ,519 Total 236, R 2 = 38,24 *: Soma dos Quadrados dos Erros. **: Grau de Liberdade. ***: Média dos Quadrados dos Erros. Como o valor do Fcalcualdo foi novamente menor que o apresentado pelo Ftababelado, e o p-valor foi superior a 0,05, o modelo não explica satisfatoriamente o fenômeno para a cor, e a superfície de resposta não pode ser gerada, somente os efeitos podem ser analisados. O valor do coeficiente de determinação R 2 foi bem reduzido, 38,24. Podendo-se dizer assim que 61,76% da variância da regressão não depende das variáveis apresentadas.

8 CONCLUSÕES Ao concluir o presente trabalho pode-se observar que para a remoção da turbidez do efluente, o processo em questão obteve entre 56 a 84% de eficiência, faixa semelhante à encontrada em processos com extrato da semente de moringa, porém com a vantagem de reduzir custos e tempo, uma vez que não se faz necessário o pós tratamento do efluente para a redução da salinidade. Para atingir tal faixa de eficiência, o único fator que influenciou de maneira positiva foi ph x tempo de agitação, enquanto os outros fatores não foram significativos. Avaliando o teste F, notou-se que o modelo não representa satisfatoriamente o fenômeno estudado. Visto que em alguns ensaios o grupo de controle mostrou-se mais eficiente que o próprio tratamento, a continuação da pesquisa prevê a revisão da faixa dos valores para os fatores estudados. Para a remoção da cor, o modelo e nem um dos parâmetros estudados se mostrou significativo, e o tratamento pouco eficiente, tendo uma remoção máxima de 62,5%, o que mostra que o processo precisa ser aprimorado, fato que também pode ser percebido quando comparados os resultados dos ensaios com os seus respectivos grupos de controle, que se mostraram mais eficientes que o próprio tratamento. A baixa eficiência nos tratamentos de remoção de turbidez e cor podem ser explicadas pela presença de outras substancias presentes no efluente além do corante utilizado na indústria. REFERÊNCIAS [1] BORBA, Luis Ramos. Viabilidade do uso da Moringa oleiferalam no tratamento simplificado de água para pequenas comunidades f. Dissertação (Mestrado) - Desenvolvimento e Meio Ambiente, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, [2] SCHWARTZ, Dishna. Water Clarification using Moringaoleifera Disponível em:< Acesso em: 20 de agosto de [3] RANGEL, Maria Salete (2009), Moringa oleífera: um Purificador Natural de Água e Complemento Alimentar para o Nordeste do Brasil. Flores e Folhas. Disponível em: < Acesso em: 24 de agosto de [4] KUMARI, P.; SHARMA, P.; SRIVASTAVA, S; SRIVASTAVA. M. M..Biosorption studies on shelled MoringaoleiferaLamarck seed powder: Removal and recovery of arsenic from aqueous system. Int. J. Miner. Process., v.78, p , [5] EREDIA, Beltrán. Removal of Carmine Indigo Dye with Moringa oleifera Seed Extract. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48,