UTILIZAÇÃO DE RESÍDUO DA INDÚSTRIA CERVEJEIRA NA ADSORÇÃO
DO CORANTE AZUL DE METILENO
K. Machry1; P. Krolow1; B. de Zorzi1; C. M. Moura2; E.G. Oliveira2; G. S. Rosa3 1- Graduandas do curso de Engenharia Química – Universidade Federal do Pampa
Avenida Maria da Anunciação Gomes de Godoy, Bairro Malafaia, 1650 – CEP: 96413-170 – Bagé- RS – Brasil
Telefone: (53) 3240-3601 – Email: kar.machry@hotmail.com
2- Professora do Curso de Engenharia de Alimentos – Universidade Federal do Pampa 3- Professora do Curso de Engenharia Química – Universidade Federal do Pampa
Avenida Maria da Anunciação Gomes de Godoy, Bairro Malafaia, 1650 – CEP: 96413-170 – Bagé- RS – Brasil
Telefone: (53) 3240-3601 – Email: gabrielarosa@unipampa.edu.br
RESUMO: Na indústria cervejeira, o malte da cevada é uma das matérias primas básicas que após a etapa de mostura é descartado em grandes quantidades. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo o estudo do potencial de utilização do bagaço de malte como adsorvente de corantes no tratamento de efluentes. Caracterizou-se a matéria prima quanto ao diâmetro médio de Sauter, conteúdo de umidade e análise termogravimétrica. A amostra foi seca em secador de leito fixo com escoamento de ar paralelo na temperatura de 90 oC. O bagaço do malte seco foi submetido a um tratamento térmico em mufla a 350 oC e 2 h. As amostras apresentaram valor de diâmetro médio de Sauter de 2,08 mm, umidade inicial de 72,25 ± 0,50 % (b.u) e após a secagem 1,99 ± 0,17 % (b.u). Os ensaios de adsorção foram realizados em batelada, utilizando uma solução de azul de metileno. Os valores obtidos para o percentual de remoção foram de 95,19 % para a amostra seca e 99,98 % para a amostra após a carbonização. Neste contexto, o resíduo possui potencial para ser utilizado como adsorvente na remoção de corantes, podendo assim ser aplicado no tratamento de efluentes.
PALAVRAS-CHAVE: bagaço de malte; tratamento térmico; adsorção; corantes.
ABSTRACT: In the brewing industry, malt is the one of the basic raw materials which after the brewing stage is discarded in large quantities. In this context, the aim of this work was to study the use potential of malt bagasse as adsorbent in the treatment of effluents. The raw material was characterized by the mean Sauter diameter, moisture content and thermogravimetric analysis. The sample was dried in a fixed bed dryer with a parallel air flow at 90 oC. The dried malt bagasse was carbonized in a muffle at 350 oC and 2 h. The samples showed mean Sauter diameter value of 2.08 mm, initial moisture content of 72,25 % ± 0,50 % (w.b) and after drying 1,99 ± 0,17 % (w.b). The adsorption tests were performed in batch system using a solution of methylene blue. The values obtained for removal percentage were 95,19 % for the dry sample and 99,98 % for the sample after the carbonization. In this context, the residue has potential as an adsorbent in the removal of dyes, and can thus be applied in the treatment of effluents.
KEYWORDS: malt bagasse; heat treatment; adsorption; dyes.
1. INTRODUÇÃO
A preocupação com problemas ambientais égeração de resíduos e efluentes. A indústria têxtil é uma grande vilã quando se trata do descarte de corantes. Corantes sintéticos são produtos viáveis comercialmente, no entanto, na sua maioria possuem elevada toxicidade e baixa taxa de degradabilidade o meio ambiente (Peixoto, 2013). Segundo Botrel (2013), estudos revelam que baixas concentrações de corante já podem ser consideradas prejudiciais para vida marinha pois restringem a passagem de radiação solar, diminuindo as atividades fotossintéticas naturais.
Destaca-se também que apenas 3 % da água do planeta é doce. O crescimento populacional, os esgotos urbanos e os efluentes industriais comprometem a quantidade e a qualidade dos meios hídricos (Carvalho, 2014). Neste contexto, a adsorção é um alvo de pesquisa nos últimos anos como um método alternativo na remoção de poluentes em efluentes industriais.
A adsorção é um fenômeno que pode ser físico ou químico, na qual o adsorbado une-se à superfície do adsorvente (Fonseca, 2013). É uma operação unitária de baixo custo, de fácil operação e versátil, além da grande efetividade na remoção de poluentes. Há diversos estudos sobre o uso de diferentes materiais com potencial adsorvente, como a borra de café (Fonseca, 2013), semente de laranja e uvaia (Botrel, 2013), uva-do-japão e bagaço do malte (Mazetto, 2017) e também endocarpos de butiá (Lunardi, 2016).
Dentre as variáveis que influenciam na adsorção, destacam-se o pH, a velocidade de agitação, a temperatura e também a granulometria do material adsorvente (Lopes, 2014).
A indústria cervejeira é uma grande geradora de resíduos sólidos como o malte da cevada. O malte é utilizado na etapa de mostura para a remoção do açúcar e posteriormente é descartado do processo (Ferrari, 2008). Por ser um resíduo gerado em grande quantidade, atualmente é foco de crescente em estudos utilizando o bagaço de malte como adsorvente.
Visto isto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o potencial de utilização do bagaço do malte da cevada como adsorvente do corante azul de metileno, com o intuito de agregar valor comercial a este resíduo.
2. MATERIAL E MÉTODOS
O bagaço de malte utilizado foi cedido por produtores artesanais de cerveja da cidade de Bagé, RS. A matéria-prima foi acondicionada em embalagens plásticas à - 18 oC até a realização dos experimentos. O descongelamento foi realizado 24 h antes das análises sob refrigeração à 4 oC. As amostras foram secas em secador de leito fixo (EcoEducacional) com fluxo paralelo de ar à 2 m/s e a 90 oC, apresentado na Figura 1. Para o ensaio de secagem, utilizou-se aproximadamente 40 g do bagaço de malte que foi acondicionado em uma bandeja metálica, a qual possui suporte interno para que seja acoplada ao secador.
Figura 1. Secador de leito fixo composto por (a)
soprador de ar, (b) psicrômetro, (c) sistema de aquecimento, (d) painel de controle, (e) balança
digital e (f) anemômetro.
As amostras antes e depois da secagem convectiva foram caracterizadas quanto ao conteúdo de umidade pelo método de estufa (Nova Ética) à 105 oC por 24 h.
Parte das amostras secas a 90 oC foram acondicionadas em cadinhos e levadas ao forno mufla (Marconi) com temperatura ajustada a 350 oC, onde foi obtido o carvão do bagaço do malte.
Figura 2. Jogo de peneiras utilizadas para a
determinação do diâmetro médio de Sauter. Realizou-se a caracterização térmica da amostra de malte seco por análise termogravimétrica (TGA) através de uma termobalança acoplada a um analisador térmico sob fluxo contínuo de nitrogênio gasoso de alta pureza (20 mL/min), taxa de aquecimento de 10 oC/min e com aquecimento até 800 oC.
Para a adsorção, preparou-se uma solução do corante Azul de Metileno (AM) na concentração de 70 ppm. A curva de calibração do corante AM foi feita a partir de diferentes concentrações e suas respectivas absorbâncias em espectrofotômetro UV-VIS (Equilam) no comprimento de onda de 664 nm. Os ensaios de adsorção foram realizados em batelada, utilizando Erlenmeyers, uma mesa agitadora (Nova Ética), na velocidade de 150 rpm.
Com a finalidade de verificar a melhor massa de adsorvente, foram testadas duas diferentes quantidades (0,5 e 1 g) em duplicata para as amostras seca em secador de leito fixo e carbonizada em mufla.
A adsorção procedeu-se durante 2 h. Após, para a remoção do sólido presente na fase líquida, estas foram levadas a centrifuga (Químis) a 3000 rpm por 10 min. A determinação do AM remanescente na fase líquida foi analisada em espectrofotômetro no comprimento de onda de 664 nm.
2.1. Metodologia de cálculo
A curva de calibração do azul de metileno é apresentada na Equação 1.
𝐴𝑏𝑠 = 0,1175 ∙ [𝐴𝑀] (01)
em que [AM] corresponde a concentração do corante em ppm e abs a absorbância, com correlação R2 de 0,9991
O diâmetro médio de Sauter (Ds) do malte seco a 90 oC foi determinado a partir da Equação 2.
𝐷𝑠 = 1
∑𝑛 𝑋𝑖𝑑𝑖 𝑖=1
(02)
em que Xi corresponde a fração mássica retida, d é abertura da malha da peneira utilizada, em mm.
O adimensional de umidade livre em função do tempo utilizado na cinética da secagem em leito fixo foi obtido através da Equação 3.
𝐴𝑑𝑖𝑚 =(𝑋𝑛 − 𝑋𝑓) (𝑋𝑜 − 𝑋𝑓)
(03)
em que Xo é a umidade em base seca inicial, Xn a umidade em base seca no tempo e Xf a umidade em base seca final, ou seja, após o equilíbrio.
Para a determinação do percentual de remoção (%Rem) do corante utilizou-se a Equação 4.
%𝑅𝑒𝑚 =𝐶𝑜− 𝐶𝑓 𝐶𝑜
𝑥100 (04)
em que Co é a concentração inicial do corante, Ceq a concentração final e 100 é o fator para que o resultado seja expresso em porcentagem.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Figura 3 apresenta-se o aspecto visual do malte (A) in natura, (B) após a secagem e (C) depois da carbonização em mufla.
Figura 3. Bagaço do malte (A) in natura, (b) após
Obteve-se o perfil da distribuição granulométrica do malte seco, conforme a Figura 4.
Figura 4. Distribuição granulométrica do bagaço
de malte seco a 90oC.
Observa-se através da Figura 4 que o pico com maior fração retida do malte é em 2,0 mm, indicando que grande parte do material retido possui diâmetro maior ou igual a 2,0 mm. O diâmetro médio de Sauter obtido posterior a secagem do malte foi de 2,08 mm.
Apresenta-se na Figura 5 o resultado para a cinética de secagem do malte a 90 oC em leito fixo. Observa-se que o perfil de secagem é praticamente constante nos primeiros minutos da secagem, indicando assim remoção rápida da quantidade de água. Segundo Geankoplis (1998), se o sólido é poroso, a maior parte da água se evapora no período de velocidade constante é proveniente do interior do material. Portanto, a água que está no interior do material chega a superfície na mesma velocidade com que a água se evapora.
Figura 5. Perfil de secagem do malte a 90 oC.
O bagaço do malte antes de ser submetido a secagem apresentava conteúdo de umidade de 72,25 ± 0,50 (% b.u.). Após ser submetido a secagem a este apresentou umidade final de 1,99 ± 0,17 (% b.u.). Estes valores encontram-se condizentes com a literatura, onde Gonçalves et al. (2014b) encontraram em seus estudos 75,73 % no bagaço úmido 3,72 % de umidade no bagaço do malte seco. O resultado da análise termogravimétrica apresenta-se na Figura 6. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 T emperatura (°C) -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 d m /d T ( m g /° C )
Figura 6. Resultado da análise do malte.
Segundo Lunardi (2016), a análise termogravimétrica indica o perfil de degradação do material conforme o tempo, massa e temperatura, além disto permite conhecer a estabilidade térmica do adsorvente. Através do perfil obtido na Figura 6, observa-se que o maior pico da degradação térmica ocorre entre 260 e 380 oC, o que justifica a escolha da temperatura de 350 oC para utilização na mufla. Na Figura 7 apresenta-se o resultado para o aspecto visual das soluções de AM após a adsorção com a amostra seca.
Figura 7. AM após a adsorção utilizando malte
seco. Béqueres 1 e 2 com 0,5 g de malte e 3 e 4 contendo 1,0 g.
De acordo com a Figura 7, verificou-se o desenvolvimento da coloração esverdeada nas amostras de solução de AM contendo maior quantidade de malte seco (1 g). Este fenômeno também foi relatado no estudo de Patias (2015), provavelmente devido a alguma reação que ocorre com o açúcar remanescente presente no grão.
Figura 8. Amostras do corante após a adsorção
com carvão e com a presença de carvão suspenso. Amostras 5 e 6 com 0,5 g do carvão e 7 e 8 com
1,0 g.
Visualmente, as amostras de AM submetidas a adsorção com o carvão apresentaram-se mais límpidas do que as amostras apenas com o malte seco. Destaca-se também que nos primeiros 50 min de agitação já foi possível identificar a remoção significativa do corante nas amostras com 1 g de carvão. Além disto, observou-se a presença de sobrenadante de carvão que não foi removido na etapa de centrifugação.
Neste contexto, apresenta-se a Tabela 1 com os percentuais de remoção de cada amostra, calculados a partir da Equação 4 para o bagaço de malte seco também para o carvão.
Tabela 1. Percentual de remoção de cada amostra.
Amostra Massa (g) % Rem
Seca 0,5 93,67 ± 0,17
Seca 1,0 95,19 ± 0,25
Carvão 0,5 99,25 ± 0,04
Carvão 1,0 99,98 ± 0,00
Através dos dados apresentados na Tabela 1, é possível identificar que as amostras referentes ao uso do carvão com 1 g apresentaram resultados promissores frente ao objetivo proposto. Lima et al.
(2017) em seu trabalho encontraram 96,7 % de remoção do mesmo corante utilizando como adsorvente bagaço de malte in natura após 20 h de adsorção. Jorge et al. (2015) em seu estudo utilizaram bagaço de cana de açúcar como adsorvente e obtiveram 97,03 % de remoção do corante AM na concentração de 50 ppm. Gonçalves et al. (2014a) produziram carvão ativado a partir de bagaço de malte e obtiveram 93,92 % de descoloração do azul de metileno. Frente ao exposto, o bagaço do malte após carbonização em mufla apresentou elevado potencial de remoção do corante, sendo este um resíduo com grande potencial na área de tratamento de efluentes.
4. CONCLUSÃO
Conforme o exposto, conclui-se que o malte seco a 90 oC apresentou granulometria média de 2,08 mm. O conteúdo de umidade das amostras foi reduzido de 72,25 ± 0,50 para 1,99 ± 0,17 (% b.u.). Através da análise termogravimétrica, observou-se que o maior pico de perda de massa foi entre 260 e 380 oC, justificando assim o ajuste da temperatura do forno mufla em 350 oC. Após o tratamento térmico, as amostras que foram submetidas a adsorção apresentaram resultados promissores, com percentual de remoção de 99,98 % para os ensaios utilizando 1 g de amostra. Com isto, o resíduo da indústria cervejeira pode ser utilizado na remoção do corante azul de metileno, agregando assim valor comercial a este rejeito.
5. REFERÊNCIAS
BOTREL, M. C. B. Aproveitamento de Resíduos Agroindustriais na Adsorção do Aorante Azul de Metileno: Aliança Favoráveis entre Viabilidade Econômica e Desenvolvimento Sustentável. Dissertação (Pós-Graduação em Agroquímica). Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2013.
CARVALHO, N. L.; HENTZ, P.; SILVA, J. M.; BARCELLOS, A. L. Reutilização de Águas Residuárias. Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas – UFSM, Santa Maria. Revista Monografias Ambientais – REMOA. V. 14, N. 2. P. 3164 – 3171, 2014.
FERRARI, V. O Mercado de Cervejas no Brasil. Dissertação de Mestrado. Universidade Católica do Rio Grande do Sul, 2008.
FONSECA, A. C. C. Produção de Carvão Ativado Utilizando como Precursor Borra de Café e sua Aplicação na Adsorção de Fenol. 2013. Trabalho de conclusão de curso (Tecnologia em Processos Ambientais) Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.
GEANKOPLIS, C. J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Terceira edición, México, 1998.
GONÇALVES, G. C.; NAKAMURA, P. K.; VEIT, M. T. Produção e Caracterização de Carvão Ativado Obtido a Partir dos Resíduos da Indústria Cervejeira. In: X Encontro Brasileiro sobre Adsorção. São Paulo, 2014.
GONÇALVES, G. C.; NAKAMURA, P. K.; VEIT, M. T.; FIAMETTI, K. G.; SILVA, G. M. C. Produção e Caracterização de Carvão Ativado Granulado e Bio-óleo a Partir dos Resíduos da Indústria Cervejeira. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Química, Florianópolis, 2014.
JORGE, I. R.; TAVARES, F. P.; SANTOS, K. G. Remoção do Corante Azul de Metileno no Tratamento de Efluentes por Adsorção em Bagaço de Cana de Açúcar. p. 491-500. In: Anais do XXXVII Congresso Brasileiro de Sistemas Particulados – ENEMP 2015. São Paulo: Blucher, 2015.
LIMA, R. C. A.; ZAPELÃO, K.; PARLADORE, D. F. S.; ANSCHAU, A. Potencial de Remoção de Azul de Metileno Utilizando Bagaço de Malte in natura por meio de Planejamento Fatorial 2². In: Congresso Brasileiro de Engenharia Química. São Paulo, 2017.
LOPES, A; CAETANO, C.; RÊGO, T.; DOTTO, G.; PINTO, L. A. A.; Avaliação Através das Variáveis de Processo na Adsorção do Corante Amaranto por Filmes de Quitosana. Rev. De Ci. Exatas, EDUR v. 33 n. 1, p; 88-96. Rio de Janeiro, 2014.
LUNARDI, H. Adsorção do Corante Azul de Metileno em Carvão Atiçado Produzido a Partir de Endocarpos de Butiás. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Química). Universidade Federal do Pampa. Bagé, 2016.
MAZETTO, I. A.; PARLADORE, D. F. S.; ZAPELÃO, K.; LIMA, R. C. A.; ANASCHAU, A. Caracterização de Biomassas de uva-do-japão e Bagaço de Malte como Adsorventes Através da
Análise do Ponto de Carga Zero. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Química. São Paulo, 2017.
PATIAS, S. G. O.; SÁVIO, J.; COSTELLI, M. C.; SILVA, A.; CANCELIER, A. LOPES, J. Obtenção de Carvão Adsorvente Oriundo da Casca de Pequi (Caryocar brasiliense) e sua Aplicação no Tratamento de Efluentes na Indústria Têxtil Através do Processo de Adsorção. Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia Ambiental, v. 19, n. 2, p. 1482-1492, Santa Maria, 2015.
