1 09 a 11 de dezembro de 2015
Auditório da Universidade UNIT Aracaju - SE
Demaira Henrique da Silva¹, Mayara Carantino Costa² 1
Tecnóloga em Saneamento Ambiental, Sobral, Brasil, demairasilva@gmail.com 2
Professora Doutora do IFCE Campus Sobral, Sobral, Brasil,mcarantino@gmail.com
RESUMO
Com a crescente demanda por produtos têxteis, observou-se um aumento proporcional na geração desses efluentes, que são caracterizados pela presença de cor de corantes, com características tóxicas e carcinogênicas, o que pode acarretar tanto problemas ao meio ambiente como à saúde pública. No presente trabalho, objetivou -se investigar os aspectos químicos e biológicos envolvidos na descoloração de corantes utilizados em indústrias têxteis sob condições anaeróbias. Foram selecionados os corantes Congo Red (CR) e Reactive Black 5 (RB5). Os ensaios em batelada foram realizados no Laboratório de Análises de Água e Efluentes (LAAE), do Eixo de Meio Ambiente do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Campus Sobral. Inicialmente, o inóculo anaeróbio foi transferido às garrafas de borossilicato de 250 mL, todas estas devidamente etiquetadas para facilitar a identificação do e xperimento, sendo 100 mL preenchidos com o meio basal. As garrafas foram vedadas com tampas possuindo as mesmas lacres de borrachas, mantendo-se as condições anaeróbias. Em seguida, o substrato doador de elétrons (Etanol) (quando testado), e os corantes foram adicionados às garrafas (CR ou RB5) e as garrafas eram colocadas numa
2 mesa agitadora a 28°C, aplicando-se a rotação de 150 rpm, que foi suficiente para estabelecer o contato da biomassa com os corantes sintéticos têxte is utilizados. A remoção da cor foi determinada fotometricamente através do comprimento de onda que continha a maior absorbância de cada corante, realizada no espectrofotômetro. Na avaliação da descoloração 2 do corante azo CR, foi obtida, para o ensaio E1 (controle endógeno), uma eficiência de remoção de cor de 73,5%, o que evidencia que sem o substrato doador de elétrons os valores de eficiência são menores, quando comparadas aos ensaios E3 e E4 (com etanol), nos quais foram alcançados melhores resultados, sendo 92,9% e 89,6%,respectivamente. Para o E3 foi obtida a maior uma constate cinética (0,65 dia -1). Os resultadosde eficiência de remoção de cor para o corante azo RB5 foram de 63% para E1, 72,6% para E3 e 70,3% para o ensaio E4. Para ambos os corantes, as eficiências de remoção para o controle químico (ensaios E2) foram menores que 7%. Foram obtidas elevadas eficiências de remoção de cor na presença do substrato etanol, mes mo aumentando a concentração do corante, sendo que a eficiência de remoção d e cor dos corantes variou de acordo com as características de cada corante e estrutura química.
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1. INTRODUÇÃO
A poluição do meio ambiente por efluentes industriais tem se tornado um problema gradativamente preocupante nas últimas décadas. Os resíduos produzidos, em geral, de composição diversificada, frequentemente contêm poluentes que são tóxicos e resistentes aos tratamentos disponíveis (AL-MOMANI et al., 2002; MURUGANANDHAM; SWAMINATHAN, 2004).
A indústria têxtil apresenta elevada demanda de água em seus processos, gerando grande quantidade de águas residuárias, as quais, geralmente, contêm altas cargas de sais dissolvidos, surfactantes, sólidos suspensos e matéria orgânica, principalmente na forma de corantes de estruturas complexas (NEAMTU et al., 2002).
Os corantes utilizados nos processos de tingimento das indústrias têxteis contribuem significativamente para a poluição de recursos hídricos que recebem esses efluentes industriais, prejudicando o metabolismo fotossintético de algumas espécies. Além disso, apresentam-se como recalcitrantes e com características potencialmente cancerígenas, acarretando problemas de saúde pública (PETERNEL; KOPRIVANAC; KUŠIĆ, 2006).
Assim, com a crescente demanda por produtos têxteis, observou-se um crescimento proporcional na geração desses efluentes, por meio dos quais grandes quantidades de corantes e outros produtos químicos são descartados nas águas superficiais. As características dos efluentes industriais são inerentes à composição das matérias primas, das águas de abastecimento e do processo industrial. A concentração dos poluentes nos efluentes é função das perdas no processo ou pelo consumo de água.
No Brasil, a resolução n° 430 de 2011 do Conselho Nacional de Meio Ambiente (CONAMA) define os padrões para lançamento de efluentes em corpos receptores. De acordo com esta resolução, os efluentes não podem apresentar efeito tóxico a organis mos aquáticos em estudos feitos no próprio efluente, e, dependendo da classe em que o corpo receptor estiver enquadrado, também não podem conferir toxicidade ao corpo receptor, devido a combinações e, ou alterações de substâncias contidas nestes efluentes (BRASIL, 2011).
Muitas técnicas, tanto físicas, químicas e biológicas ou uma combinação delas têm sido aplicadas para descoloração de corantes de efluentes têxteis (HESSEMBER; SENS, 2002; PA IVA et al., 2005; DOS SANTOS; CERVA NTES; VAN LIER, 2007ª; MARTINS et al., 2011; VERMA et al., 2012). Como alternativa economicamente viável, os efluentes têxteis podem ser tratados em sistemas anaeróbios, como os reatores UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Como principais vantagens do s istema de tratamento anaeróbio tem-se a mecanização reduzida, o que torna o tratamento menos oneroso, e o baixo consumo energético,
4 pois não é preciso fazer a injeção de ar no sistema.
Ademais, há geração de menor ta xa de lodo residual e, em geral, é necessária menor área para sua instalação, sendo possível tratar efluentes com altas concentrações de substâncias orgânicas (CHERNICHARO, 2005).A remoção anaeróbia de cor de corantes da indústria tê xtil depende de alguns aspectos químicos e biológicos, muitos desses que ainda estão sendo investigados. O tratamento de efluente tê xtil com o objetivo de remover a cor é uma prática que evita ou reduz os impactos ambientais e de saúde pública associados ao lançamento dessa matriz poluidora em corpos receptores.
5 2 .OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Investigar os aspectos químicos e biológicos envolvidos na descoloração de corantes utilizados em indústrias têxteis sob condições anaeróbias.
2.2 Objetivos Específicos
Avaliar a eficiência de remoção anaeróbia de cor de corantes da classe azo em diferentes concentrações; 25 mg/L e 50 mg/L.
Comparar a cinética de descoloração para distintos corantes;
Avaliar o efeito do substrato etanolno processo biológico de remoção de cor de corantes.
3 .Ensaios Realizados
Os seguintes ensaios foram realizados, sendo sua composição a seguinte: E1: Ensaio 1 (controle endógeno, Corante CR 25 mg/L, Meio Basal); E2: Ensaio 2 (controle químico, Corante CR 25 mg/L,
Substrato); E3: Ensaio 3 (Lodo, Corante CR 25 mg/L, Meio Basal e Substrato); E4 (Lodo, Corante 50 mg/L, Meio Basal e Substrato).
4 .Composto químico adicionado como substrato
Embora o processo de descoloração seja relativamente não específico em relação ao doador de elétrons, alguns substratos podemser mais adequados na transferência de
equivalentes redutores para os corantes, devido tanto ao próprio substrato quanto aos micro-organismos envolvidos (VAN DER ZEE; VILLA VERDE, 2005). Foi adicionado Etanol (CH3CH2OH) (99,8% de pureza, Dinâmica) como substrato nos ensaios, E2, E3, E4.
4.1 Descrição dos ensaios de remoção biológica de cor de corantes
Foram realizados ensaios em batelada no Laboratório de análises de Águas e Efluentes (LAAE), do Eixo de Meio Ambiente do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE), Campus Sobral.
Inicialmente, o inóculo anaeróbio foi transferido às garrafas de borossilicato de 250 mL, todas estas devidamente etiquetadas para facilitar a identificação do experimento, sendo 100 mL preenchidos com o meio basal. As garrafas foram vedadas com tampas possuindo as
6 mesmas lacres de borrachas, mantendo-se as condições anaeróbias.
Em seguida, o substrato doador de elétrons (Etanol) (quando testado), e os corantes foram adicionados às garrafas (CR ou RB5) e as garrafas eram colocadas numa mesa agitadora (Marconi MA 420), aplicando-se a rotação de 150 rpm (rotações por minuto), que foi
suficiente para estabelecer o contato da biomassa com os corantes sintéticos têxteis
utilizados, sendo sua temperatura também estabelecida no equipamento de 28°C (Figura 1).
Figura 1: Mesa agitadora com garrafas de borossilicato em série
Fonte: (AUTOR,2015).
Para verificar o efeito de degradação por consorcio microbiano na remoção de cor desses corantes, já que os mesmos não receberam o substrato etanol.
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4.2 Análises e Cálculos
O pH foi verificado no início e ao fim de cada experimento, utilizando o papel indicador de pH. Para análise de cor, as amostras foram coletadas das garrafas por meio de seringas de insulina (1mL). A primeira coleta foi realizada após concluído a adição de todos os reagentes.
Após a coleta, as amostras eram diluídas utilizando fator cinco, com uma solução tampão de bicarbonato de sódio, transferidas para tubos falcon e centrifugadas (CentriBio X1000rpm) com o intuito de evitar a interferência devido a turbidez provocada por materiais suspensos, a 3000 rpm por 10 minutos .
Foi realizada uma varredura espectrofotomêtrica com a solução de cada corante, para verificar qual o comprimento de onda de maior absorbância. A remoção da cor foi determinada
fotometricamente através do comprimento de onda que continha a maior absorbância de cada corante, realizada no espectrofotômetro Hach- DR 6000.
Assumindo-se uma cinética de pseudo-primeira ordem, calculou-se a constante cinética k1, seguindo a equação 1: At = A0e-k t (1) onde: At = absorbância no tempo t; A0 = absorbância no tempo t = 0; k1 = constante de pseudo-primeira
ordem (dia-1); t = tempo acumulado do experimento (dias).
O tempo era plotado contra ln (At/A0) e o valor de k1 era estimado pelo coeficiente angular da regressão linear, utilizando-se a ferramenta Solver do Microsoft Excel. Além da constante cinética, foi calculada a eficiência de remoção de cor para cada teste em batelada, a partir dos valores de absorbância inicial e final médio para cada duplicata.
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5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1 Remoção de cor do corante CR
Os resultados de eficiência de remoção de cor obtidos nos testes em batelada em que foi avaliado o processo de descoloração do corante azo CR podem ser observados na Figura 3
Figura 3: Ensaios em Batelada com CR
E1: Ensaio 1 (controle endógeno, Corante CR 25 mg/L), E2: Ensaio 2 (controle químico, Corante CR 25 mg/L), E3: Ensaio 3 (Corante CR 25 mg/L), E4 (Corante CR 50 mg/L)
Analisando a figura 3, observa-se que o E1 (controle endógeno), em que se buscou estimular a respiração endógena dos micro-organismos anaeróbios, pela falta de um
substrato, a eficiência de remoção de cor foi 73,5%, menor quando comparada ao E3 em que se tinha a mesma concentração de corante, entretanto foi adicionado o etanol (92,9%). Na remoção anaeróbia de cor de corante, o substrato funciona como um doador de elétrons para a degradação do corante, possibilitando que o processo se torne mais eficiente, sendo obtidas maiores eficiências de remoção de cor.
Segundo COSTA et al., obteve-se uma eficiência de 97,2% em estudos anteriores. Evidenciando que as taxas de eficiência da maior eficiência adquirida 92,9% fica próximo do referenciado.
O resultado da eficiência de remoção de cor do E2 (controle químico) foi inferior a 2,5%, o que comprovou que a remoção de cor é decorrente de processos biológicos. Na Figura 4, observa-se uma foto das garrafas utilizadas no experimento, após experimento em batelada, sendo que na garrafa da esquerda não foi adicionado lodo e na garrafa da direita foi adicionado
9 o lodo. Nas duas, testou-se a remoção de cor do corante azo CR na mesma concentração.
Visualiza-se que a remoção de corante não ocorreu na garrafa que não continha o lodo.
Figura 4 : Experimento em batelada com o corante azo CR (Garrafa 4– Ausência de lodo anaeróbio. Garrafa 6 – com lodo anaeróbio).
Fonte: AUTOR, 2015.
No E4, aumentou-se a concentração do corante CR para 50 mg/L, afim de testar o potencial de remoção de cor para maiores concentrações. Observou-se que mesmo com o dobro da concentração de corante, a eficiência de remoção por condições anaeróbias foi bastante significativas (89,6%), superando o valor obtido para E1 (com 25 mg/L de corante), pois havia a presença do etanol.
Na Tabela 1, encontram-se os valores das constantes cinéticas calculadas para os ensaios realizados com o corante CR. O maior valor foi encontrado para o E3, da mesma forma que a eficiência de remoção de cor (Figura 16).
Tabela 1 – Valores das constantes cinéticas da descoloração do corante azo CR em diferentes ensaios realizados.
10 Ensai os Corante Azo K1(dia -1) Desvio Padrão E1 CR 0,38 0,001 E2 CR 0,01 0,001 E3 CR 0,65 0,0005 E4 CR 0,57 0,004 Fonte: AUTOR, 2015.
Em termos de constante cinética, o valor de E1, tendo o tratamento endógeno, com constante cinética de 0,38 dia-1, em comparação com o ensaio E2, controle químico, que evidencia valores não significativos de remoção de cor, tendo constante cinética 0,01 dia-1, o que evidencia quando comparamos a remoção de cor nesse ensaio foi apenas de 2,5%,
comprovando que se retirado o inóculo (lodo), não se obtém significativas remoções de cor. A constante cinética
do E1 foi 38 vezes maior que a do E2.
Vale ressaltar que mesmo sem o substrato Etanol, podemos inferir no ensaio E1 que ouve uma significativa remoção de cor nesse experimento 73,5%, mas que em associação com o substrato essa eficiência aumenta
significativamente. Obtendo uma constante cinética de 17,10 vezes mais eficiente no processo de degradação do
corante.
Em função do aumento das concentrações afim de testar a capacidade de remoção do tratamento, o ensaio E4, obteve uma constante cinética de 0,57 dia-1, sendo bastante significativo, quando em equiparação com o ensaio E2, controle químico, mesmo em concentrações mais elevadas na ordem de 50 mg/L, sendo a taxa de constante cinética de 57 vezes mais eficiente nesse ensaio, possibilitando evidenciar os fatores que contribuem significativamente para as condições ideais nos ensaios citados para obtenção de elevadas taxas de descoloração .
5.2 Remoção de cor do corante RB5
Os resultados de eficiência de remoção de cor obtidos nos testes em batelada em que foi avaliado o processo de descoloração do corante azo RB5 podem ser observados na Figura 5.
11 Figura 5: Valores de eficiência de remoção de cor para os ensaios com o corante
RB5.
Fonte: AUTOR, 2015.
E1: Ensaio 1 (controle endógeno, Corante RB5 25 mg/L), E2: Ensaio 2 (controle químico, Corante RB5 25 mg/L), E3: Ensaio 3 (Corante RB5 25 mg/L), E4 (Corante RB5 50 mg/L) .
Em termos de eficiências máximas de remoção de cor, o ensaio E1(controle endógeno) teve sua efic iência média de cor de 63%, quando comparado a E2(controle químico) de 6,6%, verifica-se que ambos não contem um substrato doador de elétrons, porem o ensaio E1 obteve taxas de eficiência superiores ao ensaio E2, pois o mesmo utilizava inóculo (Lodo) no processo de remoção de cor, evidenciando a importância da presença de inóculo para a degradação do corante.
Relativo aos melhores valores de eficiência de remoção de cor, os ensaios E3 e E4, 72,6 e 70,3%,
respectivamente. O que evidencia o potencial de associação de componentes utilizados no experimento, como o tratamento biológico e o substrato doador de eletros para efetiva eficiência de remoção d a cor dos corantes. Na figura 5 pode-se verificar os ensaios em batelada com o corante RB5.
12 Figura 6: Ensaios em batelada com o corante azo RB5,aspectos de descoloração.
Fonte: AUTOR,2015.
5.3 Relação estrutura-atividade
Os dois corantes (CR e RB5) foram comparados em termos de eficiência de remoção de cor ao longo do tempo de ensaio (Figura 0).
Figura 7: Eficiência de descoloração dos corantes CR, RB5 ao longo do tempo em concentração de 25 mg/L.
13 Após 5 h de ensaio, a eficiência de remoção de cor para ambos os corantes, nas
mesmas condições, foi de quase 10%. Observa-se que em ambos os ensaios após 50 h, houve a tendência de estabilização da remoção de cor,sendo o aumento da eficiência insignificante após esse período.
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6. CONCLUSÕES
Constatou-se, a partir da realização do controle endógeno, que se faz necessária a presença de um substrato doador de elétrons, para que o tratamento biológico possa adquirir maiores eficiências de remoção, tornando assim o tratamento mais rápido e com potencial de degradação mais elevado. Em relação aos aspectos químicos e biológicos, observou-se que a degradação anaeróbia do substrato pelo inóculo permitiu que elétrons fossem transferidos para as moléculas de corantes, promovendo a quebra do grupo cromóforo, pois observou-se visualmente e pelas análiobservou-ses a remoção da cor dos corantes. Por isso, quando observou-se realizou o controle químico (ausência do lodo) foram obtidas eficiências de remoção insatisfatórias, sendo de 2,5% para o corante CR e 6,6% para o corante RB5.
Foram obtidas elevadas eficiências de remoção de cor na presença do substrato etanol, mesmo aumentando a concentração do corante, sendo que a eficiência de remoção de cor dos corantes variou de acordo com as características de cada corante e estrutura química. Para o corante CR, os valores de eficiência de remoção de cor e de constante cinética foram superiores quando comparados com os ensaios com o corante RB5, comparando os ensaios em que se adicionou tanto o lodo com o substrato doador de elétrons.
As eficiências de remoção de cor não foram afetadas no experimento
significativamente, quando variou -se a concentração do corante. Ou seja, o sistema proposto tolerou bem a presença do dobro da concentração inicial de corante, sem comprometer a remoção de cor.
14 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[7]VERMA, A.K., DASH, R.R., BHUNIA,P. A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of colour fron textile wastewaters. Journal of Environmental Management, 93 (2012), 154-168.
