Custos ecológicos e sustentabilidade em recursos hídricos na indústria têxtil

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(1)REVISTA DE CIÊNCIAS GERENCIAIS. CUSTOS ECOLÓGICOS E SUSTENTABILIDADE EM RECURSOS HÍDRICOS NA INDÚSTRIA TÊXTIL Adilson Silva Leite – Centro Universitário Anhanguera de São Paulo Luiz Barco – Universidade de São Paulo - ECA/USP Nelson Barros Trindade – Faculdade de Tecnologia SENAI Antoine Skaf Mauricio Campos Araujo – Universidade de São Paulo - EACH/USP Raquel Nascimento Bezerra – Faculdade de Tecnologia SENAI Antoine Skaf Jorge Marcos Rosa – Faculdade de Tecnologia SENAI Antoine Skaf Marcelo Costa – Faculdade de Tecnologia SENAI Antoine Skaf. RESUMO: Este estudo demonstrou os impactos ambientais envolvidos durante a execução de três cores em tecidos de malha de algodão 100% com corantes reativos. As cores desenvolvidas foram as da Bandeira Brasileira, Amarelo, Verde e Azul. A diferença de cor entre as amostras desenvolvidas e os padrões não ultrapassou 2, valor de desvio aceitável dentro dos limites atuais exigidos no mercado de confecções. Demonstrou-se que, pelos processos convencionais, o gasto de água para o tingimento de 1 quilograma de tecido nas cores estudadas é muito grande, oitenta litros para cada quilograma beneficiado. Além do alto volume de água consumido, são gastos, em média, 2,04•106 Joules de energia elétrica, 6,41•106 Joules de energia térmica, 1,36•10-2 m3 de gás natural e, consequentemente, são lançados 2,19•10-3 quilogramas de dióxido de carbono na atmosfera.. Palavras-chave: tingimento de algodão, corantes reativos, custos ecológicos, consumo de água.. Keywords: dyeing of cotton, reactive dyestuff, ecological costs, water consumtion. ABSTRACT: This study demonstrated the environmental impacts involved during the execution of three colors in knitted fabrics 100% cotton with reactive dyestuffs. The colors were developed according the Brazilian Flag, Yellow, Green and Blue. The difference (∆E*) between the developed samples and standards did not exceed 2, acceptable deviation within current limits imposed in the Brazilian clothing market. It was demonstrated that by conventional processes, the consumption of water for a dyeing of 1 kg is too large, being eighty liters for each kilogram. In addition to the high volum e of water consumed, is spent on average 2,04•106 J of electrical energy, 6,41•106 J of thermal energy, 1,36•10-2 m3 of gas natural and consequently are thrown 2,19•10-3 kg of CO2 in the atmosphere.).. Artigo Original Recebido em: 25/11/2013 Avaliado em: 19/12/2013 Publicado em: 23/06/2014 Publicação Anhanguera Educacional Ltda. Coordenação Instituto de Pesquisas Aplicadas e Desenvolvimento Educacional - IPADE Correspondência Sistema Anhanguera de Revistas Eletrônicas - SARE rc.ipade@anhanguera.com. v.17 • n.26 • 2013 • p. 103-111.

(2) Custos ecológicos e sustentabilidade em recursos hídricos na indústria têxtil. 1. Introdução Na indústria têxtil brasileira em 2012, o tingimento e acabamento de tecidos de malha de algodão alcançou a marca de 242 mil toneladas (PRADO, 2013). Além disso, o setor têxtil é responsável por uma grande parte da economia de países desenvolvidos, bem como a principal atividade econômica de alguns países em desenvolvimento (IGNACHEWSKI et al., 2010). As principais atividades são desenvolvidas com avançadas tecnologias que visam o aumento da produção e a racionalização de seus custos, entretanto, preocupações cotidianas sobre indústrias, como operam ou como administram seus resíduos, fazem surgir o conceito de impacto ambiental, que representa a alteração significativa dos sistemas naturais provocada por ações humanas. Torna-se necessário o envolvimento de toda uma organização para que se englobe como inovação a preocupação ambiental e ecológica (PORTOCARRERO, 2011; MORGADO, 2011; MADEIRA, 2011) Todos os produtos são alvejados, tintos, lavados ou estampados e para tanto necessitam, em média, de 75 litros de água para cada quilograma de substrato tratado (RUSCHIONI, 2007). Quando comparam-se estes dados, verifica-se um consumo de água de aproximadamente 18 milhões de metros cúbicos em um ano. Devido à escassez de água e os altos custos de tratamento, torna-se essencial a busca por métodos alternativos que permitam a reutilização dos efluentes e, consequentemente, sustentabilidade nos diversos processos de coloração (RIERA-TORRES et al., 2011). Os problemas ambientais estão associados principalmente com água residuária. No que diz respeito à globalização e escassez de água, as possibilidades de tratamento e reciclagem de águas residuais na indústria têxtil são da mais alta importância, portanto, a contínua procura pela melhoria de seu processo produtivo é fundamental, pois é onde o componente ambiental exerce papel da maior importância (BASTIAN et al., 2009; BURKINSHAW et al., 2011; VALH et al., 2011). Desta forma, o objetivo deste trabalho foi estudar o impacto ambiental do tingimento de três cores em algodão com corantes reativos. Por causa do evento Copa do Mundo da FIFA – Brasil, 2014, provavelmente haverá um aumento no tingimento das cores da bandeira brasileira, que são o Amarelo (Pantone 120643), o Verde (Pantone 186024) e o Azul (Pantone 194035). Estes tingimentos serão efetuados em tecidos ou em peças confeccionadas de algodão, principal fibra utilizada no cenário atual do vestuário brasileiro. Foram analisados o consumo de energia elétrica, térmica, o consumo de água e os custos ecológicos envolvidos nos processos de tingimento destas três cores.. 1.1. Corantes Reativos Os corantes reativos são relativamente fáceis de aplicar, tem uma boa solidez a tratamentos úmidos e, de acordo com a Associação Brasileira da Indústria Química, seu uso e comércio. 104. Revista de Ciências Gerenciais.

(3) Adilson Silva Leite et al.. representam 57% de todos os corantes utilizados no Brasil (SALEM, 2010; ABIQUIM, 2009). Uma quantidade considerável de pesquisas sobre tratamento de águas tem sido focada nos efluentes advindos de tingimento com corantes reativos, essencialmente por três razões: Em primeiro lugar, boa parte dos corantes reativos (10 a 50%) é desperdiçada durante o processo de tingimento; uma quantidade igual a 0,6 gramas diluídas em um litro de água pode ser detectado visivelmente no efluente. Isto porque estes corantes reagem não só com o algodão, mas também com água. Em segundo lugar, os métodos de tratamento de efluentes convencionais, que contam com adsorção e biodegradação aeróbia, demonstram ineficácia para a eliminação completa de muitos corantes reativos e em terceiro lugar, eles também exigem grandes quantidades de água durante o processo de lavagem para remover o corante hidrolisado da superfície da fibra (AL-DEGS et al., 2008; ROSA, 2008; OLIVEIRA et al., 2009; BELESSI et al., 2009). Os corantes reativos utilizados nos tingimentos foram um bi-heterofuncional do tipo vinilsulfônico monoclorotriazina (C.I. Reactive Red 195), um bi-homofuncional do tipo vinilsulfônico (C.I. Reactive Black 5) e dois monofuncionais do tipo de vinilsulfônico (C.I. Reactive Blue 19 e C.I. Reactive Blue).. 2. materiais e métodos 2.1. Materiais Equipamentos de Laboratório: Espectrofotômetro VIS Konica Minolta CM-3600d, Máquina de Tingimento Mathis HT Alt-1. Equipamentos da planta piloto: HT Riviera Eco Metalwork com capacidade de produção de 50 kg e potência instalada de 7,4 kWh; Gerador de Vapor Etna GHV-2000 com capacidade de produção igual a 5,56·10-1 kg·s-1, Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) igual a 1,0 MPa operando com eficiência de 85%. Estes equipamentos foram utilizados para os cálculos dos custos ecológicos, consumo energético e consumo de água. Reagentes: Hidróxido de Sódio 50º Bé, Metassilicato de Sódio 95 % Peróxido de Hidrogênio 35 %, Ácido Sulfúrico 98 %, Cloreto de Sódio 95 %, Carbonato de Sódio 95 %, (Atriomquimica – Brasil); umectante não iônico, detergente não iônico, dispersante não iônico, enzima catalase e os corantes C.I. Reactive Yellow 145, C.I. Reactive Red 195, C.I. Reactive Blue 19, C.I. Reactive Blue 21 and C.I. Reactive Black 5 (todos com pureza acima de 85 %) fornecidos pela Golden Quimica. Materiais diversos: malha de algodão feita com fio 30/1 Ne de algodão cardado, LFA 7,5 e gramatura igual a 120 g·m-2, produzida em equipamento circular monofrontura Orizio, John/C model, 3,0 alimentadores por polegada, diâmetro de 30 polegadas e velocidade de 30 RPM. v.17 • n.26 • 2013 • p. 103-111. 105.

(4) Custos ecológicos e sustentabilidade em recursos hídricos na indústria têxtil. 2.2. Procedimentos Os cálculos foram efetuados tendo com base processos de tingimento executados usando-se uma relação de banho igual a 10 litros de água para cada quilograma de malha tratado em cada etapa. As receitas dos tingimentos estão descritas na Tabela 1 e o processo completo está demonstrado graficamente na Figura 1. Os tingimentos foram executados segundo instruções da Golden Química, empresa que comercializa os corantes reativos abordados neste estudo. Tabela 1. Receitas dos tingimentos. Corantes e Auxiliares. Amarelo. Azul. Verde. 120643. 194035. 186024. Umectante não iônico (g . L-1). 0,50. 0,50. 0,50. Detergente não iônico (g . L-1). 1,00. 1,00. 1,00. Dispersante (g . L-1). 1,00. 1,00. 1,00. Hidróxido de Sódio 50° Bé (mL . L-1). 2,00. 2,00. 2,00. Metassilicato de Sódio (g L ). 0,50. 0,50. 0,50. Peróxido de Hidrogênio 35 % (mL L ). 2,00. 2,00. 2,00. B. Ácido Sulfúrico 98 % (mL L ). 0,14. 0,14. 0,14. C. Enzima Catalase (%). 0,50. 0,50. 0,50. D. Cloreto de Sódio (g L ). 30,00. 60,00. 60,00. E. C.I. Reactive Yellow 145 (%). 1,00. -. 1,10. C.I. Reactive Red 195 (%). -. 0,48. -. C.I. Reactive Blue 19 (%). -. 1,10. 0,80. C.I. Reactive Blue 21 (%). -. -. 1,50. C.I. Reactive Black 5 (%). -. 1,70. -. Carbonato de Sódio (g L ). 10,00. 15,00. 15,00. Dispersante (g L ). 1,00. 1,00. 1,00. Tempo de tingimento (t em min). 40. 50. 60. A. .. -1. .. F. .. .. -1. .. .. -1. -1. -1. -1. Figura 1. Gráfico do procedimento para os tingimentos.. A porcentagem de refletância (% R) das amostras tingidas foi determinada por espectrofotometria sob iluminante D65, onde se registraram o comprimento de onda de máxima reflexão das cores. Este procedimento foi adotado para verificar a igualdade entre as cores desenvolvidas nos tingimentos e as cores da bandeira.. 106. Revista de Ciências Gerenciais.

(5) Adilson Silva Leite et al.. 2.3. Modelagem Balanço Energético HT Riviera Eco Metalwork: O consumo teórico de energia elétrica para cada quilograma de malha processado foi determinado pelo tempo de processo (t), aplicando-se a Equação (1).. Onde: Q1 em J·kg-1; t = tempo total de tingimento (min); kWh = Potência instalada do equipamento. Para a quantidade de energia térmica necessária para o tingimento de um quilograma de malha processado, foi aplicada a Equação (2).. Onde: Q2 em J·kg-1; T = Kelvin; Cp = J·kg-1·K-1; m = gramas, adotando massa específica da água igual a 1,0 g·cm-3 e relação de banho igual a 10 litros por quilograma de água. Gerador de vapor Etna GHV-2000: De acordo com o fornecedor de gás combustível, a Companhia de Gás de São Paulo (Comgás), o gás combustível tem 89,0% de metano, 6,0% de etano e 1,8% de propano. Baseando-se no Poder Calorífico Inferior (PCI) descrito pela norma ASTM D 3588-98 (José, 2004), como sendo 3,70·107 J·m-3 para o metano, 7,00·107 J·m-3 para o etano e 9,23·107 J·m-3 de propano, o PCI calculado de gás combustível foi 4,02·107 J·m3. . Para calcular o volume de gás necessário para aquecimento da água usada para tingir um. quilograma de malha, a Equação (3) descrita abaixo.. Onde: V = m3·kg-1; Q2 = J·kg-1 e ESG = eficiência do gerador de vapor. Para calcular as emissões de CO2 desprendidas durante o fornecimento de energia calorífica, adotando-se que o gás seja ideal e esteja em condições normais de pressão e temperatura, foi utilizada a Equação (4) a seguir.. Onde: mCO2 = kg; P = 101,3 kPa; V = m3 (Eq.3) ; R = 8314 m3·kPa·mol-1·K-1; T = 273,15 K e FC = Fator de carbono na mistura, igual a 1,10.. v.17 • n.26 • 2013 • p. 103-111. 107.

(6) Custos ecológicos e sustentabilidade em recursos hídricos na indústria têxtil. Para o cálculo do consumo de água, utilizou-se a Equação (5).. Onde: V·kg-1T = Volume de água total; V·kg-1P1 = Volume de água gasto na preparação; V·kg-1T = Volume de água gasto no tingimento; V·kg-1P2 = Volume de água gasto no pós tratamento. Todas as cores obtidas nos tingimentos efetuados com efluente tratado foram comparadas com as cores obtidas nos tingimentos efetuados com água normal de reabastecimento. A comparação foi efetuada através de espectrofotometria e a ordem dos tingimentos partiu da cor com menor intensidade colorística, mais clara, para a de maior intensidade colorística, a mais escura.. 3. Resultados e discussão 3.1. Tingimentos Os resultados dos processos de tingimentos estão descritos na Tabela 2, através dos valores de Reflectância (%R) e valores dos desvios parciais e totais (∆L*, ∆a*, ∆b* e ∆E*). Os tingimentos efetuados foram comparados com as cores padrão, amarelo, verde e azul, da bandeira. Tabela 2. Resultados das diferenças entre as cores da bandeira (padrão) e os tingimentos executados. Pantone/Cor. 120643/Amarelo em 560 nm. 194035/Azul em 440 nm. 186024/Verde em 530 nm. Delta. Tingimento Reativo. Padrão (Bandeira). Diferença Parcial. %R. 76,72. 75,94. 0,78. L. 86,88. 85,43. 1,45. a. -4,73. -4,67. -0,06. b. 65,56. 64,3. 1,26. %R. 7,81. 6,97. 0,84. L. 31,3. 32,61. -1,31. a. -2,54. -2,61. 0,07. b. -20,56. -20,48. -0,08. %R. 13,38. 14,2. 27,58. L. 43,5. 44,08. -0,58. a. -24,92. -24,34. -0,58. b. 10,11. 9,95. 0,16. Diferença Total. ∆E = 1,92. ∆E = 1,31. ∆E = 0,83. OBS: %R = porcentagem de reflectância; L*, valores do eixo da luminosidade; a*, valores do eixo vermelho-verde e b*, valores do eixo amarelo-azul, Sistema CIELab;. Em todos os tingimentos efetuados, cores testadas no algodão versus cores padrão (bandeira), o desvio total (∆E*) não ultrapassou 2, valor aceitável dentro dos padrões de qualidade para o mercado brasileiro de confecções.. 108. Revista de Ciências Gerenciais.

(7) Adilson Silva Leite et al.. Na Figura 2 observa-se o gráfico com explicações sobre os eixos amarelo-azul (b*), vermelho-verde (a*) e luminosidade (L*), além da equação de Kubelka-Munk, que descreve o cálculo da diferença total entre as cores.. Figura 2. Sistema CIELab e Equação de Kubelka-Munk (ROSA, 2013).. 3.2. Custos ecológicos Os resultados dos consumos de energias térmica e elétrica, juntamente com o consumo de água e o desprendimento de CO2 na atmosfera, todos requeridos para os tingimentos das cores em estudo, estão descritos na Tabela 3. Tabela 3. Emissão de CO2, gastos de energias e água. Cor. Energia Elétrica (J). Energia Térmica (J). Gás combustível (m3). Amarelo. 1,95 x 106. 6,27 x 106. 1,33 x 10-2. 2,15 x 10-3. 80. Verde. 2,04 x 10. 6,41 x 10. 1,36 x 10. 2,19 x 10. -3. 80. Azul. 2,13 x 106. 2,24 x 10-3. 80. 6. 6. 6,55 x 106. -2. 1,39 x 10-2. CO2 (kg). Água (L·kg-1). 4. Conclusão A diferença entre as amostras desenvolvidas e as cores da Bandeira não ultrapassou duas unidades, valor de desvio aceitável dentro dos padrões atuais exigidos no mercado de confecções. Demonstrou-se que, pelos processos convencionais, o gasto de água para o tingimento de um quilograma de tecido nas cores estudadas ainda é alto, oitenta litros para cada quilograma beneficiado.. v.17 • n.26 • 2013 • p. 103-111. 109.

(8) Custos ecológicos e sustentabilidade em recursos hídricos na indústria têxtil. Para cada quilograma beneficiado, além do alto volume de água consumido, são gastos, em média, 2,04·106 J de energia elétrica, 6,41·106 J de energia térmica, 1,36·10-2 m3 de gás natural e, consequentemente, são lançados 2,19·10-3 kg de CO2 na atmosfera. Esses dados sugerem que a busca por otimização de processos, ou ainda por processos alternativos, é de extrema necessidade. Alguns trabalhos visando reuso de efluentes têxteis tratados no tingimento de várias fibras têxteis estão sendo efetuados. Trabalhos nesta linha de pesquisa podem ser vistos em Bezerra et al. (2013), em Lucas et al. (2008), em Zanella et al. (2010) ou ainda em Riera-Torres et al. (2011). Estes trabalhos citados descrevem e propõem mais estudos para minimização de consumo energético e hídrico, devido ao alarmante consumo exigido pelos processos atuais. A grande barreira ainda é a imensa gama de corantes para o tingimento de substratos têxteis que, para ser vencida, requer várias pesquisas envolvendo cada classe de corante a ser utilizada, pois, cada fibra requer uma classe específica de corante. Ainda serão necessários vários trabalhos visando otimização de processos de tingimento para que se possa avançar na otimização de processos visando menor consumo de energia e menor índice de impactos ambientais. É importante também que não só os profissionais, bem como alunos de cursos que envolvam criação e desenvolvimento de novos produtos para a cadeia têxtil/vestuário, saibam dos impactos que estes produtos irão causar ao meio ambiente.. Referências ABIQUIM – Associação Brasileira da Indústria Química. Atividade setorial: Corantes e Pigmentos, 2009. Disponível em: <http://www.abiquim.org.br/comissao/setorial/corantes-pigmentos/ especificidade/historico-aplicacao>. AL-DEGS, Y.S.; EL-BARGHOUTHI, M.I.; EL-SHEIKH, A.H.; WALKER, G.M. Effect of solution pH, ionic strength, and temperature on adsorption behavior of reactive dyes on activated carbon. In: Dyes and Pigments, Elsevier, 16-23, 2008. BASTIAN, E.Y.O.; ROCCO, J.L.S. Guia técnico ambiental da indústria têxtil. São Paulo. CETESB: SINDITÊXTIL. 2009. BELESSI, V.; ROMANOS, G.; BOUKOS, N.; LAMBROPOULOU, D.; TRAPALIS, C. Removal of Reactive Red 195 from aqueous solutions by adsorption on the surface of TiO2 nanoparticles. J. Hazard. Mater. 2009; 170: 836-844. BEZERRA, K.C.H.; TEIXEIRA, W.; COSTA, S.M.; SRIUBAS JR, E.; COSTA, S.A. Textile effluent treatment dyed with reactive dye Red Drimaren CL-5B by photochemistry degradation with H2O2/UV. Proceedings of 13th AUTEX World Textile Conference, Dresden, Alemanha, maio 2013. BURKINSHAW, S.M.; KABAMBE, O. Attempts to reduce water and chemical usage in the removal of bifunctional reactive dyes from cotton: Part 2 bis(vinyl sulfone) aminochlorotriazine/vinyl sulfone and bis (aminochlorotriazine/vinyl sulfone) dyes. Dyes and Pigments. v.88, n.2, p.220-229, 2011. IGNACHEWSKI, F.; FUJIWARA, S.T.; CÓTICA, L.F.; CARNEIRO, L.M.; TAUCHERT, E.; PERALTA-ZAMORA, P. Degradation of reactive dyes by photo-Fenton process involving the use of molecular sieve 4A modified with Fe3+. Química Nova, n.338, p.1640-1645, 2010 (In. 110. Revista de Ciências Gerenciais.

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