MICROFILTRAÇÃO APLICADA AO TRATAMENTO DE EFLUENTES
DE CURTUME
Alexandre Giacobbo – e-mail: [email protected] Lacor, DEMAT, PPGEM, UFRGS
Avenida Bento Gonçalves, 9500, Setor 4, Prédio 74, Sala 105, Bairro Agronomia CEP: 91501-970 – Porto Alegre – RS
Marco Antônio Siqueira Rodrigues – e-mail: [email protected] ICET, Feevale
Andréa Moura Bernardes – e-mail: [email protected] Lacor, DEMAT, PPGEM, UFRGS
Jane Zoppas Ferreira – e-mail: [email protected] Lacor, DEMAT, PPGEM, UFRGS
Alvaro Meneguzzi – e-mail: [email protected] Lacor, DEMAT, PPGEM, UFRGS
Resumo: A qualidade das águas de superfície está em queda constante, de tal maneira que os órgãos
responsáveis pela manutenção e controle de sua qualidade estão criando ferramentas para conter esta degradação. Uma forma foi promulgando leis mais restritas para o despejo de efluentes nos corpos receptores, o que obriga os geradores a tratar adequadamente seus dejetos. A indústria curtidora tem sofrido para respeitar esta obrigação, pois na sequência de suas atividades gera elevados volumes de águas residuárias e com alta concentração de poluentes. Portanto, para a sustentabilidade econômica deste setor, torna-se necessário utilizar um sistema de tratamento de efluentes que seja eficiente e economicamente viável. Este trabalho foi realizado com a finalidade de contribuir com este propósito. Assim, foram coletados efluentes de duas diferentes etapas do sistema de tratamento de efluentes de um curtume: uma amostra do efluente bruto – E1 (coletado no tanque de equalização), ou seja, não-tratado; e a outra de efluente tratado – E2, coletada após o sistema de tratamento (físico-químico mais biológico). Estes efluentes foram submetidos a um tratamento por microfiltração (escala piloto), utilizando membranas poliméricas com tamanho de poro de 0,4 µm. O sistema operou em batelada, sendo monitorada a evolução da pressão ao longo do tempo de operação
e realizadas as análises de DQO, DBO5, N-NH4
+
, NTK e ST nas três correntes do efluente. A microfiltração proporcionou reduções de 40% na DQO, 16% nos ST e 10% no NTK do efluente bruto (E1), porém mostrou-se ineficaz no polimento do efluente tratado (E2).
Palavras-chave: Efluente, Curtume, Microfiltração, Membranas
MICROFILTRATION APPLIED TO THE TREATMENT OF
WASTEWATER FROM TANNERY
Abstract: The quality of surface water is continuously falling, so that the bodies responsible for
laws more stringent for the discharge of effluents in the receiving bodies, which requires generators to properly treat their waste. The tanning industry has been struggling to meet this obligation, as a result of their activities generate high volumes of wastewater and high concentration of pollutants. Therefore, for the economic sustainability of this sector, it is necessary to use a system of sewage treatment that is efficient and economically viable. This work was carried out in order to contribute to this purpose. Thus, effluents were collected from two different stages of the treatment system effluent of a tannery: a sample of raw wastewater - E1 (collected in the buffer tank), or untreated, and the other treated effluent - E2, taken after the treatment system (physical-chemical more biological). These effluents were subjected to treatment by microfiltration (pilot scale), using polymeric membranes with pore size of 0.4 µm. The system operated in batch, and monitored the development of
pressure over time of operation and carried out analysis of COD, BOD5, N-NH4
+
, TKN and TS in three streams of effluent. Microfiltration gave reductions of 40% in COD, 16% for TS and 10% in the TKN of the raw effluent (E1), but was ineffective in the polishing of treated effluent (E2).
Keywords: Effluent, Tannery, Microfiltration, Membranes
1. INTRODUÇÃO
Atualmente, os grandes desafios que se apresentam no Brasil estão relacionados à consolidação dos aspectos institucionais do gerenciamento dos recursos hídricos, o controle dos recursos hídricos nas grandes metrópoles brasileiras, a preservação ambiental, o uso e controle do solo rural e o controle da poluição difusa, no âmbito de uma visão racional de aproveitamento e preservação ambiental (TUCCI, HESPANHOL, CORDEIRO NETTO, 2000).
Sabe-se que os recursos naturais são limitados, especialmente os hídricos, que possuem um papel significativo no desenvolvimento econômico e social de um povo, sendo que sua exploração predatória alavancou o crescimento populacional e econômico desse século (TUCCI, HESPANHOL, CORDEIRO NETTO, 2000). Para Ruhoff & Pereira (2003), o uso sustentável da água tem ocasionado grande preocupação, pois esta é considerada como uma das bases do desenvolvimento da sociedade moderna. Além do mais, são muitos os desafios relacionados à busca de soluções sustentáveis para problemas relacionados à água, tais como: escassez e/ou excesso, deterioração da qualidade e principalmente com a percepção inadequada da sociedade para com os recursos hídricos.
Dentre estes fatores, talvez o mais importante, que preocupa boa parte da população, é a deterioração da qualidade da água, causada principalmente pela liberação de efluentes tratados inadequadamente ou simplesmente não-tratados. O setor industrial é um dos responsáveis por boa parte do consumo de água potável, em torno de 18%, segundo a Agência Nacional de Águas (ANA), e também pela geração e liberação de um considerável volume de efluentes, que em alguns casos, é despejado com concentrações de poluentes superiores aos estabelecidos em lei.
Dentro deste contexto, encontra-se a indústria curtidora, que utiliza em média 0,9 m³ de água por pele processada. No Brasil, existem aproximadamente 800 empresas ligadas ao processamento do couro, as quais, no ano de 2005, processaram 43,1 milhões de couros. Assim, pode-se verificar que apenas este pode-setor da indústria consome anualmente no país, 38,79 milhões de m³ de água (STREIT, 2006). A concentração de algumas substâncias poluentes nos efluentes de curtume chega a ser cinco vezes maior que a de esgotos domésticos (FABABUJ-ROGER et al., 2007).
Contudo, devido à consolidação de uma legislação de regulamentação e controle (CLASS & MAIA, 1994; CONAMA, 357/2005; CONSEMA-RS, 128/2006), nos últimos anos, se deu início à implantação de sistemas de tratamento dos efluentes gerados no processo industrial. Como se pode perceber, o adequado tratamento dos efluentes gerados nas indústrias tem se tornado uma preocupação constante, tanto por parte delas próprias, para atender à legislação vigente; quanto da sociedade como um todo, que almeja a preservação do meio ambiente, especialmente devido ao rápido crescimento industrial, associado à consequente geração de maiores volumes de rejeitos.
secundário (biológico). Durante a etapa de tratamento primário, ocorre uma grande redução na carga do efluente, tornando-o mais biodegradável, assim, permitindo que o secundário opere sob condições mais favoráveis ao desenvolvimento de microrganismos depuradores da matéria orgânica remanescente (STREIT, 2006).
Entretanto, embora tais tecnologias estejam sendo aplicadas com relativo sucesso no tratamento de efluentes, deveriam ser substituídas ou combinadas a novas tecnologias, que propiciem efluente tratado com qualidade de reuso. Por outro lado, a indústria do couro está sendo pressionada a investigar novas tecnologias para a recuperação e reciclagem de água e produtos químicos a fim de evitar a descarga destes, no meio ambiente (RODRIGUES et al., 2008).
Este conjunto de fatores, no Brasil, está impulsionando uma área que, praticamente, já está consolidada em países desenvolvidos, ou seja, os processos de separação com membranas (PSM). A tecnologia de membranas tem se tornado cada vez mais atraente para o tratamento de águas residuais com finalidade de reuso. Sua principal vantagem consiste na concentração e/ou separação de soluções, sem alterar o estado físico ou a necessidade de utilização de produtos químicos (MULDER, 1996). Dentre os PSM mais utilizados no tratamento de águas residuárias, estão: microfiltração (MF), ultrafiltração (UF), nanofiltração (NF), osmose reversa (OR) e eletrodiálise (ED) (SCHNEIDER E TSUTIYA, 2001). Estes sistemas estão em ascensão e têm sido amplamente utilizados para tratar uma considerável variedade de efluentes, provenientes de: curtumes, indústrias de papel e celulose, indústrias têxteis, esgotos municipais, etc. (CASSANO et al., 2001; PURKAIT, BHATTACHARYA, DE, 2005; RODRIGUES et al., 2006; MARCUCCI et al., 2001, NATARAJ et al., 2007; WILF & ALT, 2000).
Uma possibilidade de utilização de membranas no tratamento de águas residuais provenientes do curtimento de couro, segundo Atkinson (2006), consiste em usar membranas de UF de fibra-oca, como pré-tratamento, a fim de reduzir turbidez e sólidos em suspensão, proporcionando assim uma alimentação ideal para o sistema de OR, o qual, por sua vez, retém a maior parte dos sólidos dissolvidos e componentes orgânicos com baixo peso molecular. Entretanto, os PSMs apresentam fatores limitantes que prejudicam seu desempenho, dentre os quais os principais são o
fouling e a polarização por concentração (MENDRET et al., 2009). O fouling, basicamente, consiste
no acúmulo de contaminantes na superfície ou dentro dos poros da membrana, diminuindo o fluxo permeado através desta (METCALF & EDDY, 2006). O outro fenômeno, polarização por concentração, consiste no aumento da concentração de soluto na interface membrana/solução, gerando uma retrodifusão do soluto em direção ao seio da solução. Assim, é estabelecido um perfil de concentração deste soluto na região próxima à interface membrana/solução (PROVENZI, 2005).
Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho consiste na investigação da aplicação da microfiltração no tratamento de efluentes de curtume (bruto e tratado), como alternativa para a redução da carga de contaminantes, permitindo o reuso da água tratada no processo produtivo de curtimento.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Descrição da unidade experimental
Para o desenvolvimento do estudo, foi utilizada uma unidade experimental piloto de microfiltração (Figura 1) fabricada pela empresa PAM – Membranas Seletivas. As membranas são de poliamida, do tipo fibras ocas, possuem diâmetro externo entre 0,8 e 0,9 mm e poro nominal de 0,4 µm. O módulo de membranas possui 1 m² de área útil e a alimentação é feita pelo casco do tubo, sendo que o permeado é recolhido pelo interior das fibras.
Figura 1 - Unidade piloto de microfiltração.
2.2. Descrição dos procedimentos
Para a realização dos experimentos foram utilizados dois tipos de efluentes de curtumes, coletados de diferentes pontos do processo, sendo uma amostra do efluente bruto – E1 (coletado no tanque de equalização), ou seja, não-tratado; e a outra de efluente tratado – E2, coletada após o sistema de tratamento (físico-químico mais biológico).
Os experimentos foram divididos em duas etapas, com 2 h de duração cada. Na primeira, o efluente bruto foi submetido ao sistema de MF e na segunda o efluente tratado. Entretanto, no período entre as duas etapas, foi realizada uma retrolavagem com água potável do sistema público de abastecimento, durante 30 minutos, a fim de limpar as membranas e restabelecer o fluxo. Ademais, antes e após cada etapa, o sistema também foi operado com potável pelo mesmo período de tempo. Todas as operações de MF foram realizadas à temperatura ambiente (20 °C) e pressão de 0,2 bar. Contudo, a retrolavagem foi efetuada a 0,5 bar.
O sistema foi operado em modo batelada, de tal maneira que a corrente de concentrado retornava ao tanque de alimentação e o filtrado (permeado) era continuamente removido, assim, aumentando progressivamente a concentração na corrente de alimentação.
2.3. Parâmetros analisados durante os testes
A avaliação da eficiência do sistema foi realizada através de análises da concentração dos compostos nos efluentes nas três correntes do processo: alimentação, concentrado e permeado. Os parâmetros analisados seguiram as determinações do Standard Methods for the Examination of Water
and Wastewater (APHA, 1985), sendo eles: demanda química de oxigênio (DQO), demanda
bioquímica de oxigênio (DBO5), nitrogênio amoniacal (N-NH4+), nitrogênio total kjeldahl (NTK) e
Sólidos Totais (ST). Também foi monitorada a pressão ao longo do tempo de operação do sistema.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1. Monitoramento da pressão ao longo dos testes
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 30 60 90 120 P re ss ão (ba r)
Tempo de Operação (min)
Efluente Bruto Efluente Tratado Água Potável
Figura 2 - Monitoramento da pressão durante os ensaios para os efluentes bruto E1, tratado E2 e água potável.
De acordo com a Figura 2, percebe-se que há estabilidade da pressão de operação, ou seja, ausência de variação durante os ensaios com água potável. Este comportamento era esperado, pois a água potável é livre de material em suspensão e, teoricamente não há retenção de nenhuma substância. Quando efluente, tanto bruto como tratado foi circulado pelo sistema, observou-se aumento da pressão, até o tempo de 60 min, sendo mais expressivo para o efluente bruto.
Este aumento de pressão para os efluentes bruto e tratado, mostrado na Figura 2, é atribuído à presença de sólidos em suspensão (SS) nos efluentes, de tal maneira que pode estabelecer condições para a ocorrência de fouling e polarização por concentração. Estes dois fenômenos proporcionam um aumento da resistência à filtração, diminuindo o fluxo permeado, acarretando diminuição da eficiência do processo. O maior aumento da pressão observado no efluente bruto sugere que este possui maior concentração de SS.
A partir de 60 minutos de operação, percebe-se que a pressão tende a valores constantes. Sendo assim, pode-se pressupor que mais um fator pode ter influenciado no aumento da pressão, a compactação da membrana (BEAL, 2004; PELEGRIN, 2004; MAESTRI, 2007).
3.2. Avaliação da eficiência do tratamento
Para a determinação da eficiência do processo, foram analisadas as correntes inicial, de permeado e concentrado do efluente bruto E1 e do efluente tratado E2. Os resultados das análises do efluente E1(bruto) podem ser visualizados na Tabela 1.
Tabela 1 - Análises do efluente bruto E1
Parâmetro Inicial Concentrado Permeado DQO (mg O2/L) 1809 1708 1055 DBO5 (mg O2/L) 189 503 302 NTK (mg/L) 120 144 108 N-NH4 + (mg/L) 90 90 60 ST (mg/L) 2850 3346 2400
Como se pode constatar dos dados apresentados na Tabela 1 para o efluente bruto E1, os parâmetros NTK e ST apresentaram resultados coerentes com o previsto, produzindo um aumento das concentrações na corrente de concentrado e uma redução no permeado. Comparando o permeado com a alimentação, para NTK obteve-se uma redução de apenas 10%, enquanto que para ST esta redução ficou por volta de 16%. Na corrente de concentrado, para estes mesmos parâmetros, os resultados mostram que o NTK apresentou aumento de concentração em 20% e ST em 17%. À luz destes resultados, é possível afirmar que a microfiltração se mostrou um processo de tratamento viável, porém, com uma moderada eficiência.
O nitrogênio amoniacal, por sua vez, apresentou uma redução aproximada de 33% relacionando a alimentação com o permeado. A DQO no permeado teve uma redução aproximada de 40%, o que caracteriza um resultado expressivo, quando comparado aos 11% alcançados nos experimentos de Fababuj-Roger et al. (2007) utilizando membranas de UF com massa molar de corte de 100 kDa. Entretanto, este índice também não esteve inteiramente de acordo com o presumido, pois apresentou redução também no concentrado. Esta divergência pode ter ocorrido devido ao fato das análises terem sido efetuadas com diferença de um ou dois dias, o que pode ter proporcionado a degradação biológica da matéria orgânica presente, e consequentemente causado uma redução na DQO.
Em relação à DBO5, a qual basicamente indica a quantidade de oxigênio necessária para a
estabilização biológica da matéria orgânica, também se percebe uma distorção em relação ao esperado, uma vez que a concentração no permeado foi superior à concentração inicial. Esta discordância leva a crer que, após a microfiltração, uma porção da matéria orgânica, anteriormente considerada não-biodegradável (macromoléculas de difícil degradação, moléculas que formam agregados com outros compostos), pode ter sofrido modificações estruturais tornando-se biodegradável. Este fator torna-se interessante, à medida que, em um sistema de tratamento de efluentes, a corrente de permeado for direcionada a uma etapa de tratamento biológico. Estudos futuros serão desenvolvidos e análises de carbono orgânico total serão realizadas para confirmar esta hipótese.
Tabela 2 - Análises do efluente E2
Parâmetro Inicial Concentrado Permeado DQO (mg O2/L) 342 382 352 DBO5 (mg O2/L) 245 225 20 NTK (mg/L) 98 101 115 N-NH4 + (mg/L) 129 107 58 ST (mg/L) 8886 8014 7728
A Tabela 2 traz os resultados das análises realizadas para o efluente E2 (tratado). Um parâmetro a ser destacado neste efluente, é a concentração de ST, que apresenta valores superiores ao efluente bruto. Uma explicação plausível para este fato é que o efluente possa estar sendo tratado inadequadamente no curtume onde foi coletada a amostra. Uma hipótese provável é que está ocorrendo adição excessiva de reagentes durante o tratamento físico-químico, primeira etapa do tratamento do efluente bruto, os quais aparecem no final como a parcela dissolvida dos ST no efluente tratado. Outra explicação cabível, é que os efluentes não são equalizados adequadamente antes do tratamento e no momento da coleta, o efluente bruto (coletado na entrada do sistema) tem composição distinta da composição original do efluente tratado (coletado no final do sistema de tratamento de efluentes) já que entre um efluente e outro há que considerar uma diferença de tempo relacionada ao tempo médio de residência ou tempo de retenção hidráulica.
Confrontando esses dados à legislação estadual vigente no Rio Grande do Sul (CONSEMA, 128/2006), local do presente estudo, constata-se que todos os parâmetros avaliados estão fora dos padrões exigidos, indicando que o efluente “tratado” necessita de um pós-tratamento para
SS de no máximo 180 mg/L. No entanto, o sistema de tratamento utilizado no presente estudo, para este efluente, também não apresentou resultados satisfatórios. Este fato sugere a adoção de membranas com menor tamanho de poro em trabalhos futuros.
4. CONCLUSÕES
No presente estudo, o sistema de MF mostrou-se uma alternativa interessante como tratamento primário de efluentes de curtumes, proporcionando uma redução de 40% na DQO, 16% nos ST e 10% no NTK. Entretanto, há a necessidade de um maior aprofundamento das pesquisas para confirmar este fato, uma vez que os resultados não estiveram totalmente de acordo com o esperado. A ausência de melhora na qualidade dos efluentes previamente tratados (E2) após o processo de MF, desaconselha a utilização da MF como etapa de polimento final para efluentes provenientes de curtumes.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao suporte financeiro provido pelo CNPq, CAPES e FAPERGS, bem como ao curtume que forneceu as amostras de efluentes.
5. REFERÊNCIAS
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