UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

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CPPEQ- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil CEP. 50740-521 – Cidade Universitária Recife – PE Tel: 0 81 - 21267923

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE LIXIVIADOS E CORANTES POR PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS

Victor Fernandes Bezerra de Mello

Recife/PE Junho/2011

VICTOR FERNANDES BEZERRA DE MELLO

OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE LIXIVIADOS E CORANTES POR PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS

Dissertação apresentada ao corpo docente de pós-graduação do departamento de engenharia civil da Universidade Federal de Pernambuco como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de mestre em Engenharia Civil – Geotecnia Ambiental.

Área de concentração: Geotecnia Ambiental Orientadores: Mauricio Alves da Motta Sobrinho

DEQ - UFPE

José Fernando Thomé Jucá DECivil - UFPE

Recife, PE Junho/2011

Catalogação na fonte Bibliotecária Margareth Malta, CRB-4 / 1198

M527o Mello, Victor Fernandes Bezerra de. Otimização do tratamento de lixiviados e corantes por processos físico-

químicos / Victor Fernandes Bezerra de Mello. - Recife: O Autor, 2011. xix, 106 folhas, il., gráfs., tabs. Orientador: Prof. Dr. Maurício Alves da Motta Sobrinho. Co-Orientador: Prof. Dr. José Fernando Thomé Jucá. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco. CTG.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, 2011. Inclui Referências Bibliográficas e Apêndice. 1. Engenharia Civil. 2. Coagulação. 3. Lixiviado. 4. Adsorção. 5.

Argila. 6. Corante Têxtil. I. Motta Sobrinho, Maurício Alves da. II. Jucá, José Fernando Thomé. III. Título.

UFPE 624 CDD (22. ed.) BCTG/2011-184

i

“Nada te perturbe, Nada te espante,

Tudo passa, Deus não muda.

A paciência tudo alcança. Quem a Deus tem nada falta.

Só Deus basta.”

Sta. Tereza de Jesus

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Dedico este trabalho ao meu bom

Deus por ter provido o necessário para

que pudesse concluir o presente trabalho.

iii

AGRADECIMENTOS

A Deus por ter me dado paciência e pela graça de conseguir finalizar este trabalho. À grande intercessora Nossa Senhora por ter me acompanhado em todos os bons e maus momentos. À minha esposa, Juliana Gama por ter me ajudado, em todo trabalho, horas a fio, sem medir esforços, nos finais de semana, à noite e estando sempre ao meu lado. Minha companheira de luta, Obrigado Aos meus filhos Sabrina e André, pela compreensão das horas de ausência familiar. Ao Professor Dr. Fernando Jucá pela oportunidade de desenvolver este projeto e aprimorar meus conhecimentos Ao Professor Dr. Mauricio Motta por toda orientação, ajuda e empenho na realização do trabalho, dando força e dedicando-se em solucionar os problemas que surgiram sem medir esforços. À Prof. Dra Joelma Morais pela atenção e importante colaboração. À Prof. Dra. Maria do Carmo Lourenço pela paciência em explicar e por sempre estar disposta a ajudar. A Marcelo do Laboratório de Engenharia de Minas por ter ajudado com tanta presteza no tratamento preliminar da argila. A Luiz Perazzo da Mineradora São Jorge por ter dispensado tanta atenção e hospitalidade durante a visita. A Lavanderia Mamute por ter cedido o corente reativo. Maria Talita Siqueira, Caroline Maria e Maria da Conceição pela ajuda na execução do trabalho. A Antonio Brito por todas as coletas do chorume. À Propesq e a CAPES pela bolsa concedida. Ao GRS e a Ericka Patrícia, por permitir a realização dos ensaios de coagulação do chorume. Aos Companheiros de mestrado de Engenharia Química e Engenharia Civil: Etiene, Patrícia, Luciana, Claudio, André Diego e Luiz Zoby. A Antânio Christino do Departamento Nacional de Produção Mineral por ter cedido material bibliográfico. Ao ITEP na pessoa de Osmar Baraúna pelas análises efetuadas.

iv

Ao Grupo de Processo e Tecnologias Ambientais (GPTA) pelo apoio ao projeto e realização da segunda etapa do meu trabalho. À minha sogra, Milca Gama, por ter cuidado da minha filha para que pudéssemos ir ao laboratório e meu sogro Cícero Gama pela colaboração. À minha pequena Maria das Graças, que nasceu durante a vigência deste mestrado, fonte de inspiração e luz na minha vida. Finalmente, gostaria de agradecer a todas as pessoas que de alguma maneira participaram deste mestrado e que por ventura não tenham sido citadas.

Obrigado!

v

OTIMIZAÇÃO DO TRATAMENTO DE LIXIVIADOS E CORANTES POR PROCESSOS FÍSICO-QUÍMICOS

Victor Fernandes Bezerra de Mello

RESUMO

A disposição desordenada de resíduos a céu aberto pode gerar impactos ambientais e sociais de grande porte. No Brasil, cerca de 84,4% dos municípios dispõem os resíduos gerados em lixões a céu aberto, sem qualquer controle ambiental. De maneira geral, para tratamento de lixiviados de aterros sanitários, utilizam-se métodos biológicos e físico-químicos. Alguns dos métodos físico-químicos objetivam aumentar a biodegradabilidade da matriz, outros promover a separação do contaminante da água. Dentre eles, a precipitação química utilizando hidróxido de cálcio vem sendo empregada com grande eficácia no tratamento de efluente com elevadas concentrações de compostos orgânicos e metais pesados. A escolha desta técnica, consiste, entre outros fatores, na simplicidade do processo, no baixo custo e na disponibilidade do agente precipitante adotado. Todo lixiviado (mistura do chorume com água de chuva ou umidade do solo) utilizado neste trabalho foi coletado na caixa medidora de vazão do aterro de Muribeca, localizado na cidade de Jaboatão dos Guararapes/PE. Para escolha de parâmetros ótimos de tratamento foi realizado um planejamento fatorial fracionado, onde foram estudados os parâmetros: velocidade e tempo de coagulação, velocidade e tempo de floculação, tempo de decantação e concentração de cal. Este foi seguido de um planejamento fatorial completo 24, utilizando as variáveis mais significativas do anterior. Para os dois planejamentos foram avaliadas duas respostas: remoção de cor e redução da turbidez. Percebeu-se que com valores superiores estudados das variáveis independentes como a velocidade de floculação e inferior para o tempo de coagulação é possível obter nível de turbidez e cor menores. Seguindo-se a este tratamento foi efetuado um pós-tratamento por adsorção utilizando como adsorvente argilas do capeamento da bacia sedimentar do Araripe, em diferentes granulometrias. As argilas foram coletadas no “bota-fora” da mineradora São Jorge no município de Trindade/PE. Devido a ineficácia da argila no tratamento do lixiviado, buscou-se utilizar o resíduo para tratar os corantes das lavanderias de jeans localizadas na cidade de Toritama, onde está situado o chamado pólo do jeans. Visou-se a remoção de corante ácido (Nylosan azul brilhante) fornecido pela Clariant e corante reativo (Azul Anil op) fornecido pela lavanderia Mamute, com a utilização da argila do bota-fora do Pólo gesseiro do Araripe obtendo resultados satisfatórios, demonstrando afinidade entre adsorvente e adsorbato. Este tratamento foi realizado a partir da adsorção, da solução aquosa de cada corante com a argila in natura e termicamente tratada a 600ºC, numa granulometria de 14 mesh/Tyler. A escolha destes parâmetros foi efetuada através de um estudo preliminar, onde foram testados granulometrias (9, 14 e o passante de 20 mesh/Tyler) e tratamentos térmicos (200, 400 e 600ºC) da argila. Também foi testada a argila in natura. Seguindo-se, foi elaborado um planejamento experimental 2³ para definir tempeatura, agitação e massa de adsorvente. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se 30ºC, 250 rpm, 0,5g. O tempo de equilíbrio obtido a partir do estudo cinético foi de 90 minutos para ambos corantes. Para o Nylosan o modelo que melhor se ajustou foi o de Langmuir (q= 1,65 mg/g) e para o corante azul anil o melhor ajuste ocorreu com o modelo de Langmuir-Freundlich (q=65,79 mg/g). Palavras-Chave: Coagulação, Lixiviado, Adsorção, Argila, Corante Têxtil.

vi

OPTIMIZATION OF THE DYES AND LEACHATE TREATMENT BY PHYSICAL-CHEMICAL PROCESSES

Victor Fernandes Bezerra de Mello

ABSTRACT

The discharge of solids residues outside a controlled location can creates environmental and social impacts of large size. In Brazil, about 84.4% of the municipalities release the solid waste in open dumps with no environmental control. In general, the biological and physicochemical process is used for landfill leachate treatment. Some of the physical and chemical methods aimed at increasing the biodegradability of the matrix, others promote separation of contaminants from water. Among them, chemical precipitation using calcium hydroxide has been employed with great effectiveness in treating wastewater with high concentrations of organic compounds and heavy metals. The choice of this technique consists, among other factors, the simplicity of the process, low cost and availability of the precipitating agent adopted. The leachate used in this study was collected in the box flow measuring at the Muribeca landfill, located in the city of Jaboatão dos Guararapes / PE. To optimize the coagulation/flocculation process was performed a fractional factorial design 26 where the studied parameters are: speed and time of coagulation, speed and time of flocculation, settling time and the lime concentration. This was followed by a complete 24 factorial design, using the most significant variables as before. For the two designs were evaluated two responses: color removal and reduction of turbidity.The results showed that with higher values of independent variables studied how the speed of flocculation and less time for coagulation can be achieved at lower turbidity and color. Following this treatment was performed post-treatment by adsorption using as adsorbent clays capping the sedimentary basin Araripe in different diameters. The clays were collected from the extraction waste of mining São Jorge in the municipality of Trindade/PE. Due to the inefficiency of the clay in the leachate treatment, we attempted to use the residue to remove dyes from textile laundries in the city of Toritama-PE, where is located the so-called pole jeans. The objective was the removal of acid dye (brilliant blue Nylosan) supplied by Clariant and reactive dye (Blue Anil op) provided by the laundry Mammoth, using clay from the waste mining of the pole Araripe. Satisfactory results were obtained, demonstrating the affinity between adsorbent and adsorbate. This treatment was carried out from the adsorption of aqueous solution of each dye with the clay raw and thermally treated at 600 º C, a particle size of 14 mesh/Tyler. The choice of these parameters was done through a preliminary study, where particle sizes were tested (9, 14 and passing 20 mesh/Tyler) and heat treatment (200, 400 and 600 ° C) clay. We also tested the raw clay. Following an experimental design 23 was realized to define tempeature, agitation and mass of adsorbent. The best results were obtained using 30 ° C, 250 rpm, 0.5 g. The equilibrium time obtained from the kinetic study was 90 minutes for both dyes. Nylosan for the model that best fit was the Langmuir (q =1, 65 mg / g) and the blue dye indigo was the best fit with the Langmuir-Freundlich (q = 65.79 mg / g). Keywords: coagulation, leachate, adsorption, clay, textiles dyes.

vii

SUMÁRIOE

RESUMO V

ABSTRACT VI

LISTA DE FIGURAS XI

LISTA DE TABELAS XIV

NOMENCLATURA, SIGLAS E ABREVIATURAS XVI

CAPÍTULO 1 1. INTRODUÇÃO 1

CAPÍTULO 2 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................................................7

2.1. ATERROS SANITÁRIOS, CONTROLADOS .................. ................................................7 2.2. ATERRO CONTROLADO DA MURIBECA..... ..............................................................7 2.3. CHORUME E LIXIVIADO ................................................ ...............................................8 2.3.1. POTENCIAL POLUIDOR DO CHORUME....................................................................9 2.3.2. METAIS PESADOS ........................................................................................................11 2.4. PÓLO GESSEIRO DO ARARIPE ....................................................................................12 2.4.1. ARGILAS DO CAPEAMENTO DAS BACIAS SEDIMENTARES DO ARARIPE...13 2.5. INDUSTRIAS TÊXTEIS ...................................................................................................14 2.5.1. CORANTES ....................................................................................................................14 2.5.1.1. CORANTES ÁCIDOS ................................................................................................16 2.5.1.2. CORANTES REATIVOS ............................................................................................17 2.5.2. EFLUENTE TÊXTIL ......................................................................................................17 2.5.3. O POLO TÊXTIL DE TORITAMA ...............................................................................18 2.6. PROCESSOS DE TRATATAMENTOS DE LIXIVIADOS E CORANTES ...................19 2.6.1. PROCESSO DE COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO/SEDIMENTAÇÃO......................20

viii

2.6.1.1. HIDRÓXIDO DE CALCIO..........................................................................................21 2.6.2. PROCESSOS BIOLÓGICOS ..........................................................................................22 2.6.2.1. PROCESSOS BIOLOGICOS PARA O TRATAMENTO DE LIXIVIADOS ............22 2.6.2.2. PROCESSOS BIOLOGICOS PARA O TRATAMENTO DE CORANTES...............25 2.6.3. PROCESSO DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS....................................................25 2.6.4. PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS (POAS) .................................................27 2.6.5. ADSORÇÃO....................................................................................................................28 2.6.5.1. ISOTERMAS DE ADSORÇÃO ..................................................................................29 2.6.5.2. APLICAÇÕES DA ADSORÇÃO.................................................................................33 2.6.5.3. O ADSORVENTE ........................................................................................................34 2.6.5.4. INTERAÇÃO ARGILA X CORANTE ........................................................................35 2.7. PLANEJAMENTO FATORIAL ........................................................................................36 2.7.1. PLANEJAMENTO FATORIAL FRACIONÁRIO .........................................................37 CAPÍTULO 3 ARTIGO SOBRE A COAGULAÇÃO DE LIXIVIADOS RESUMO ...................................................................................................................................39 1.0. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................39 2.0. MATERIAIS E METODOS ...............................................................................................42 2.1. PLANEJAMENTOS EXPERIMENTAIS ..........................................................................44 3.0. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... 47 3.1. PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL FRACIONÁRIO ................................................48 3.2. PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL FATORIAL 24 ....................................................51 4.0. CONCLUSÕES ..................................................................................................................54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................54 CAPÍTULO 4

ix

ARTIGO SOBRE ADSORÇÃO DE CORANTES RESUMO ...................................................................................................................................57 1.0. INTRODUÇÃO ..................................................................................................................57 2.0. MATERIAIS E METODOS ...............................................................................................60 2.1. CORANTES........................................................................................................................60 2.2. O ADSORVENTE ............................................................................................................. 61 2.3. COMINUIÇÃO DA ARGILA ............................................................................................62 2.4.TRATAMENTO DA ARGILA ...........................................................................................63 2.5 CARACTERIZAÇÃO DA ARGILA...................................................................................63 2.5.1 DIFRAÇÃO DE RAIO X..................................................................................................63 2.5.2 AREA SUPERFICIALESPECÍFICA(MÉTODO BET).................................................. 64 2.6. OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO ADSORTIVO ...............................................................64 2.7. ESTUDO CINÉTICO .........................................................................................................65 2.8. ESTUDO DE EQUILÍBRIO................................................................................................66 3.0. RSULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................................67 3.1. TRATAMENTO DA ARGILA ..........................................................................................67 3.1.1.CORANTE ACIDO NYLOSAN AZUL BRILHANTE ...................................................67 3.1.2. CORANTE REATIVO AZUL ANIL OP.........................................................................67 3.2 CARACTERIZAÇÃO DAS ARGILAS...............................................................................68 3.2.1 DIFRAÇÃO DE RAIO X..................................................................................................68 3.2.2 ANÁLISE DA ÁREA SUPERFICIAL DO VOLUME POROSO....................................70 3.3. OTIMIZAÇÃO DO PROCESSO ADSORTIVO................................................................72 3.3.1. OTIMIZAÇÃO PARA O CORANTE ÁCIDO NYLOSAN AZUL BRILHANTE ........73 3.3.2. OTIMIZAÇÃO PARA O CORANTE REATIVO AZUL ANIL OP...............................76

x

3.4. ENSAIOS CINÉTICOS.......................................................................................................80 3.4.1. ENSAIOS CINÉTICOS PARA O CORANTE NYLOSAN AZUL BRILHANTE ........81 3.4.2. ENSAIOS CINÉTICOS PARA O CORANTE AZUL ANIL OP ...................................81 3.5. ENSAIOS DE EQUILÍBRIO .............................................................................................82 3.5.1. ENSAIOS DE EQUILÍBRIO PARA O CORANTE NYLOSAN AZUL BRILHANTE ...........82 3.5.2. ENSAIOS DE EQUILÍBRIO PARA O CORANTE AZUL ANIL OP ..........................84 3.5.3. RESUMO DOS RESULTADOS OBTIDOS PARA OS CORANTES ...........................85 4.0. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 87 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................87 CAPÍTULO 5 5.0. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS..................................................................................91 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................................93 APÊNDICE 1 ..........................................................................................................................102

xi

LISTA DE FIGURAS

FIGURAS DA INTRODUÇÃO E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

PÁG

Figura 1 - Rio Capibaribe no local onde é despejado o efluente tratado na lavanderia mamute (caixa de descarga na parte inferior da foto)..... 5

Figura 2 – Vista aérea da célula de resíduos e da estação de tratamento de lixiviado do Aterro da Muribeca (2007). Fonte: LINS, 2008........... 8

Figura 3 – Estrutura das Argilas. Fonte: NEWMANN et al (2000).................. 13

Figura 4 – Estrutura dos corantes ácidos. A - Ácido Scarlet – AS GR, B- Ácido Black 1, C - Ácido Blue 193. Fonte: PAIVA, 2011. ............ 16

Figura 5 – Estrutura do corante reativo azul anil op fabricado pela Trilimp...... 17

Figura 6 – Foto do Parque das feiras no centro da cidade de Toritama PE....... 19

Figura 7 – Descarte de Efluente resultante da lavagem do jeans por lavanderia. Fonte: SILVA (2005)..................................................... 19

Figura 8 – Rio Capibaribe poluído pelo descarte de efluentes têxteis. Fonte: SILVA (2005). ................................................................................ 19

Figura 9 – Fluxograma explicativo para osmose reversa. Fonte: AVENATTI, 2003. ............................................................................................... 25

Figura 10 – Classificação das isotermas de adsorção. Fonte: McCABE et al (2001). ............................................................................................. 30

Figura 11 – Esquema da agregação de corante na superfície da argila. Fonte: Neumann et al, 2000 com modificação............................................. 36

FIGURAS DO CAPÍTULO 3 - ARTIGOS SOBRE COAGULAÇÃO DE LIXIVIADOS

Figura 1 – Equipamento Jar test utilizado nos ensaios de otimização para precipitação química......................................................................... 46

Figura 2 –. Avaliação da significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas no processo de otimização do planejamento fracionado.. 49

Figura 3 – Efeito do leite de cal e da velocidade de floculação sobre a turbidez ............................................................................................. 50

Figura 4 – Efeito do leite de cal e da velocidade de floculação sobre a cor (x10).................................................................................................. 50

xii

Figura 5 – Avaliação da significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas no processo de otimização do planejamento fatorial 24 através do gráfico de pareto para turbidez (A) e cor (B).................. 51

Figura 6 – Efeito do tempo (TF) e da velocidade (VF) sobre a turbidez (A) e a cor (x10) (B)...................................................................................... 52

Figura 7 – Efeito do tempo de coagulação (TC) e velocidade de floculação (VF) sobre a turbidez (A) e sobre a cor (B)...................................... 53

Figura 8 – Foto do lixiviado bruto (B) e após tratamento com 5,55g/L de cal (A) e 22,22 g/L de cal (B) ............................................................... 52

FIGURAS DO CAPÍTULO 4 – ARTIGO SOBRE ADSORÇÃO DE CORANTE

Figura 1 – Estrutura do Corante reativo Azul anil fabricado pela Trilimp e do Nylosan Azul (B113). Fonte: PRIGIONE (2008)............................... 60

Figura 2 – Vista de frente da lavra (A) e do resíduo da mineração (B)..................61

Figura 3 – Argila coletada no bota-fora da mineradora São Jorge em sua forma bruta (A), estufa onde as argilas foram secas (B), moinho de rolos (C) e o rolo de madeira usado na cominuição da argila (D)................ 62

Figura 4 – Fluxograma de tratamento preliminar e peneiramento da argila...........62

Figura 5 - Incubadora shaker Marconi MA-420....................................................66

Figura 6 - Difratograma da amostra da argila in natura evidenciando reflexões basais (d001) da esmectita (E), ilita (I), caulinita (C) e quartzo (Q)..... 69

Figura 7 - Difratograma da amostra da argila glicolada mostando picos representativos das reflexões basais (d001) da esmectita (E), Ilita (I) e caulinita (C).................................................................................. 69

Figura 8 - Difratograma da amostra da argila aquecida a 600o C, mostrando a ausência dos picos representativos das relfexões basais (d001) da esmectita (E) e caulinita (C)................................................................ 70

Figura 9 -Difratogramas da argila revelando o deslocamento do pico representativo das relfexões basais (d001) da esmectita in natura, de 15 Å, para 18 Å, após glicolagem e o desaparecimento dos picos da esmectita e da caulinita, após aquecimento......................................... 70

Figura 10 - Isotermas de adsorção de Nitrogênio (análise BET) para a argila in natura (a) e a argila calcinada a 600 oC (b)................................... 71

xiii

Figura 11 - Distribuição de volume poros para as diferentes faixas de tamanho de poro para a argila in natura (a) e a argila calcinada a 600 oC (b).................................................................................. 72

Figura 12 - Distribuição da área superficial para as diferentes faixas de tamanho de poro para a argila in natura (a) e a argila calcinada a 600 oC (b)......................................................................................... 72

Figura 13 – Fotos das soluções de 10 ppm do corante nylosan azul brilhante antes (A) e após (B) da adsorção nas condições experimentais do ponto ótimo.......................................................................................

74

Figura 14 – Gráfico de Pareto do sistema corante nylosan/argila tratada, apresentando os efeitos das variáveis no processo adsortivo...........

74

Figura 15 – Superfície de resposta para massa e agitação (A) e temperatura e massa (B) na adsorção do corante nylosan pela argila tratada........ 75

Figura 16 – Foto da solução do corante reativo azul anil op na concentração de 10 ppm antes da adsorção (A) e após a adsorção (B) nas condições ponto ótimo...................................................................... 78

Figura 17 - Gráfico de Pareto do sistema corante azul anil/argila “in natura”, apresentando os efeitos das variáveis no processo adsortivo............ 78

Figura 18 - Superfície de resposta para efeito da agitação e da massa e na capacidade de adsorção do corante corante azul anil na argila “in natura”.............................................................................................. 79

Figura 19 – Evolução da cinética adsortiva do corante nylosan azul brilhante na argila tratada a 600ºC com granulometria de 14 mesh/Tyler, submetido a agitacao de 250 rpm a 30ºC e Ci = 10,156 ppm.........

81

Figura 20 - Evolução da cinética adsortiva do corante azul anil na argila “in natura” com granulometria de 14 mesh/Tyler, submetido a agitaçã0 de 250 rpm a 30ºC e Ci = 10,176 ppm................................ 82

Figura 21 – Ajuste dos resultados experimentais nos modelos linearizados de Langmuir (A), Freundlich (B) e Langmuir-Freundlich (C) do equilíbrio de adsorção do corante nylosan azul brilhante na argila tratada ............................................................................................. 83

Figura 22 - Ajuste dos resultados experimentais nos modelos linearizados de Langmuir (A), Freundlich (B) e Langmuir-Freundlich (C) do equilíbrio de adsorção do corante azul anil na argila “in natura”..... 85

xiv

LISTA DE TABELAS

TABELAS DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA PÁG

Tabela 1 – Componentes normalmente encontrados no chorume....................... 10

Tabela 2 – Principais efeitos dos metais pesados no organismo humano.......... 11

Tabela 3 – Classificação de acordo com a constuição química dos corantes do colour Index...................................................................................... 15

Tabela 4 – Adsorção de diversos corantes em varios adsorventes..................... 34

TABELAS DO CAPÍTULO 3 – ARTIGOS SOBRE COAGULAÇÃO DE LIXIVIADOS

Tabela 1 - Análises realizadas para caracterização do lixiviado 43

Tabela 2 –. Níveis das variáveis do planejamento fatorial experimental fracionário 45

Tabela 3 – Caracterização do lixiviado utilizado nos ensaios 47

Tabela 4 – Caracterização da Cal utilizada na pesquisa 48

TABELAS DO CAPÍTULO 4 – ARTIGO SOBRE ADSORÇÃO DE CORANTE.

Tabela 1 – Tecnologias de tratamento para remoção de cor envolvendo processos químicos e ou físicos 59

Tabela 2 – Parâmetros máximos e mínimos para realização do planejamento experimental 65

Tabela 3 – Resultados finais de concentrações para cada temperatura e

granulometria da argila para o Nylosan Azul Brilhante 67

Tabela 4 - Resultados finais de concentrações para cada temperatura e granulometria da argila para o corante reativo azul anil op. 68

Tabela 5 - Resultados da análise de área superficial e do diâmetro de poro para as argilas estudadas

71

Tabela 6 – Resultado do planejamento experimental para o corante Nylosan Azul Brilhante. 73

xv

Tabela 7 – Resultados da ANOVA para avaliação dos ajustes dos dados e significância estatística para o corante Nylosan Azul Brilhante........ 76

Tabela 8 – Resultados do planejamento experimental para o corante azul anil... 77

Tabela 9 – Resultados da ANOVA para avaliação dos ajustes dos dados e significância estatística para o corante azul anil 80

Tabela 10 - Resultado comparativo para as isotermas de Langmuir, Freundlich

e Langmuir-Freundlich..................................................................... 86

xvi

NOMENCLATURA, SIGLAS E SÍMBOLOS

SÍMBOLO DESCRIÇÃO UNIDADE

CA CONCENTRAÇÃO FINAL DE ADSORATO

M MASSA DE ADSORVENTE -

Ef EFICIÊNCIA DO PROCESSO %

KA CONSTANTE DE EQUILÍBRIO DE ADSORÇÃO

mg.L-1

N PARÂMETRO DE HETEROGENEIDADE

N* CONSTANTE RELACIONADA À INTENSIDADE DE ADSORÇÃO OU HETEROGENEIDADE DA SUPERFÍCIE

qeq CAPACIDADE ADSORTIVA NO EQUILÍBRIO mg/g

qmáx CAPACIDADE DE ADSORÇÃO DE SATURAÇÃO NA MONOCAMADA (CAPACIDADE ADSORTIVA MÁXIMA)

mg/g

qa CAPACIDADE DE ADSORÇÃO mg/g

Ke CONSTANTE DE EQUILÍBRIO TERMODINÂMICO

-

T TEMPERATURA DE ADSORÇÃO ºC

T TEMPO min

V VOLUME DE LÍQUIDO L

NBR DENOMINAÇÃO DE NORMA DA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT).

IBGE INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA.

MPPE MINISTÉRIO PÚBLICO DE PERNAMBUCO.

DQO DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO mg/L

DBO 5 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO APÓS 5 DIAS

mg/L

DBO DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO mg/L

CRAAOT CORANTE REATIVO AZUL ANIL OP – TRILIMP

NAB NYLOSAN AZUL BRILHANTE

CONAMA CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE

xvii

ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS

ARS ATERRO DE RESÍDUOS SÓLIDOS

SH SUBSTÂNCIAS HÚMICAS

pH POTÊNCIAL HIDROGENIÔNICO

Mg/L MILIGRAMAS POR LITRO

Ar ARSÊNICO

PB CHUMBO

Cd CÁDMIO.

Hg MERCÚRIO

Cr CROMO

Mn MANGANÊS.

% PORCENTUAL

SINDUSGESSO O SINDICATO DA INDÚSTRIA DO GESSO

APL ARRANJO PRODUTIVO LOCAL

ºC GRAUS CENTÍGRADOS

CI CORANTE INDEX

Km QUILÔMETRO

NH3 – N NITROGÊNIO AMONIACAL

CaO ÓXIDO DE CÁLCIO

Ca(OH)2 HIDRÓXIDO DE CÁLCIO

CO2 DIÓXIDO DE CARBONO

UASB UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET

OI OSMOSE INVERSA

Da DALTON

NF NANOFILTRAÇÃO

POA PROCESSOS OXIDATIVOS AVANÇADOS

OH HIDRÓXILA

COT CARBONO ORGÂNICO TOTAL

PR PARANÁ

Fe FERRO

Ni NÍQUEL

SiO2 DIÓXIDO DE SILÍCIO

Al2O2 DIÓXIDO DE ALUMÍNIO

xviii

Fe2O3 ÓXIDO DE FERRO III

IUPAC UNIÃO INTERNACIONAL DE QUÍMICA PURA E APLICADA

Nm NANOMETRO

D DIÂMETRO

CTC CAPACIDADE DE TROCA CATIÔNICA

COR CORANTE

min MINUTOS

H+2 HIDROGÊNIO LIVRE

FeCl3 Cloreto Férrico

Al2(SO4)3 Sulfato de Alumínio

HZ HAZEN mg Pt/L

NTU UNIDADE NEFELOMÉTRICA DE TURBIDEZ

mS/cm MILISIEMENS POR CENTÍMETROS

Cu COBRE

MgO ÓXIDO DE MAGNÉSIO

P205 PENTOXIDO DE FOSFORO

SrO OXIDO DE ESTRÔNCIO

Na2O ÓXIDO DE SODIO

K2O ÓXIDO DE POTÁSSIO

SO3 TRIÓXIDO DE ENXOFRE

ZnO ÓXIDO DE ZINCO

MnO ÓXIDO DE MANGANES

Cl CLORO

CCAL CONCENTRAÇÃO DE LEITE DE CAL g/L

TC TEMPO DE COAGULAÇÃO min

VC VELOCIDADE DE COAGULAÇÃO rpm

TF TEMPO DE FLOCULAÇÃO min

VF VELOCIDADE DE FLOCULAÇÃO RPM

TD TEMPO DE DECANTAÇÃO min

ETC ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE CHORUME

ST SÓLIDOS TOTAIS mg/L

STV SÓLIDOS TOTAIS VOLÁTEIS mg/L

STD SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS mg/L

xix

SST SÓLIDOS SUSPENSOS TOTAIS mg/L

SSV SÓLIDOS SUSPENSOS VOLÁTEIS mg/L

Α NÍVEL DE SIGNIFICÂNCIA %

ppm PARTÍCULAS POR MILHÃO mg/L

G GRAMAS

rpm ROTAÇOES POR MÍNUTO

E erro %

Ci CONCENTRAÇÃO INICIAL ppm

Cf CONCENTRAÇÃO FINAL ppm

V VOLUME L

GFZ CENTRO DE PESQUISA ALEMÃO PARA GEOSCIENCE

R² COEFICIENTE DE CORRELAÇÃO

ANOVA ANALISE DE VARIÂNCIA

M.A. INTERAÇÃO DE MASSA E AGITAÇÃO

Ǻ ANGSTRON

ITEP INSTITUTO TECNOLOGICO DE PERNAMBUCO

PROSAB PROGRAMA DE PESQUISA EM SANEAMENTO BÁSICO

1

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

O presente trabalho foi dividido em duas partes. A primeira parte diz respeito ao

tratamento do lixiviado do aterro da Muribeca. Através de um pré-tratamento físico-

quimico de coagulação/floculação, foi utilizado como coagulante o hidróxido de cálcio,

vulgarmente conhecido como cal comercial. Na segunda parte foi realizado um

tratamento para remoção de corantes, por meio de adsorção, utilizando como adsorvente

o resíduo da mineração da gipsita (argilas do “bota-fora”). .

Para primeira etapa foram elaborados planejamentos experimentais fatoriais,

seguidos de um pós-tratamento. Utilizou-se adsorção e como adsorvente a argila do

capeamento das jazidas de gipsita do Araripe.

O avanço da tecnologia em todas as suas vertentes criou uma sociedade bem

mais exigente quanto à variedade dos bens que consome, com qualidade superior aos

bens consumidos há décadas atrás. Para ampliar a variedade e aumentar a qualidade dos

bens produzidos, as indústrias geram uma quantidade muito superior de resíduos em

comparação ao que era produzido no passado, sendo setores altamente poluidores, e

cujos resíduos, se não tratados de maneira correta, podem representar um grande risco

para o meio ambiente.

Todo resíduo gerado precisa ser tratado ou disposto em algum local, e as formas

de disposição final dos resíduos domésticos pode variar, sendo os mais empregados no

Brasil os lixões e os aterros.

Para tratar o lixiviado pode-se utilizar os métodos biológicos e físico-químicos.

O tratamento físico-químico é normalmente utilizado como um pré-tratamento,

aumentando a biodegradabilidade da matriz ou polimento final, por meio de remediação

de parâmetros que não são alcançados pelos tratamentos biológicos (MORAIS, 2005).

Os lixões respondem pelo destino final de cerca de 22,5% de todo resíduo

produzido no Brasil e se caracterizam por serem depósitos a céu aberto onde o lixo é

apenas dispensado, sem nenhum tratamento dos resíduos em decomposição. Por isso, há

alta contaminação do solo e da região ao redor desses lixões, e a consequente

contaminação do lençol freático pela percolação do chorume no solo (JUCÁ, 2003).

Corpos-d’água, receptores finais de efluentes industriais e urbanos, estão com a

2

qualidade cada vez mais comprometida, representando um sério risco à saúde humana e

a sustentabilidade da vida no planeta.

O chorume é um líquido poluente de coloração escura e odor nauseante, originado de

processos biológicos, químicos e físicos da decomposição de resíduos orgânicos. Estes

processos somados à ação da água das chuvas ou umidade do solo, se encarregam de lixiviar

compostos orgânicos presentes nos lixões, compõem o lixiviado, o qual deve ser coletado e

tratado antes de ser descartado no meio ambiente (PACHECO, 2004).

Os perigos dos lixiviados, são, dentre outros, devidos às altas concentrações de

poluentes orgânicos e nitrogênio amoniacal, havendo também liberação de gases

(principalmente metano e gás carbônico) que podem causar incêndios ou explosões.

Comumente agentes patogênicos e substâncias químicas tóxicas podem também estar

presentes (LANG, 2009).

Este líquido poluidor contém altas concentrações de várias substâncias orgânicas

e inorgânicas, além de possuir um potencial de poluição que pode ser de cerca de 200

vezes maior do que o esgoto doméstico (CECCONELLO, 2005).

É de extrema importância e necessidade que este lixiviado originado dos aterros

e lixões seja tratado adequadamente para que sejam minimizados os riscos à saúde e ao

ambiente.

No Brasil, o Conselho Nacional de meio Ambiente (CONAMA), através da

resolução 357/2005, estabelece parâmetros orgânicos e inorgânicos como padroes de

lançamentos de efluentes de qualquer fonte poluidora, porém grande parte dos efluentes

descartados nos corpos d´água não atendem à estas normas.

O descarte de efluentes sem tratamento nas águas superficiais pode modificar a

sua coloração natural, provocar a formação de espumas na superfície do corpo hídrico

(SANTANA-SILVA, 2008), assim como a depleção do oxigênio dissolvido.

È necessário então que haja um tratamento através de processos de clarificação

antes do descarte destes resíduos.

O processo de clarificação é um processo aplicado para remoção de sólidos em

suspensão, sólidos finos que se apresentam como turbidez e cor e outros materiais

coloidais (BUCHARD, 1979).

Os processos de Coagulação-Floculação têm sido largamente empregados para

remoção de compostos orgânicos não biodegradáveis e metais pesados do lixiviado

(URASE et al.,1997).

3

Neste trabalho utilizou-se a coagulação/floculação, seguida da decantação, para

tratamento do lixiviado da Muribeca. Cada uma destas etapas constitui um processo

distinto, que exige controle das variáveis para assegurar os resultados desejados. Se as

condições afetam adversamente qualquer uma dessas três etapas, os resultados serão

inferiores ao desejado.

A execução da coagulação/floculação é muito importante ao tratamento do

lixiviado. As vantagens deste tratamento físico-químico é principalmente sua

simplicidade e baixo custo, eficiência e pode ser facilmente executado in loco (TATSI,

2006).

No tratamento do lixiviado de aterros sanitários antigos, estes processos têm se

mostrado eficientes. Eles têm sido largamente utilizados no pré-tratamento obtendo

melhores resultados que nos processos biológicos ou por osmose reversa. Ainda podem

ser utilizados com um polimento final ao pré-tratamento para remoção da matéria

orgânica recalcitrante (RENOU, et al, 2008).

O que poderia inviabilizar este tratamento seria, em caso de necessitar de altas

dosagens químicas de coagulante, o custo que aumentaria bastante e o resultado poderia

ainda não ser satisfatório (TATSI, 2006).

Neste caso o coagulante utilizado foi o Hidróxido de Cálcio (Ca(OH)2),

conhecida vulgarmente como cal hidratada comercial, que foi utilizado para remoção de

material coloidal (SEMERJIAN, 2003). A escolha do coagulante deu-se a partir dos

estudos de SANTANA-SILVA (2008), onde se verificou que a cal é mais apropriada ao

pré-tratamento, devido ao seu custo-benefício.

A fase seguinte desta primeira etapa do trabalho teve como objetivo geral

verificar a viabilidade técnica do uso da argila do bota-fora ou estéril da lavra, do pólo

gesseiro do Araripe como adsorvente em pós-tratamento de lixiviados do aterro

controlado da Muribeca.

Tendo em mãos este resíduo e atendendo à uma demanda de uma indústria do

pólo gesseiro, a qual procurava uma aplicação para este material (bota-fora), foi

estudada a sua aplicação no pólo têxtil do estado de Pernambuco.

Desta forma, a segunda parte desse trabalho utilizou a argila do bota-fora do

Araripe para remover os corantes Nylosan Azul brilhante e Azul Anil op Trilimp de

soluções aquosas, os quais são bastante utilizados na indústria têxtil do estado.

4

O desenvolvimento da indústria de confecção em jeans levou Toritama, apesar

do município ser o menor do estado de Pernambuco com cerca de apenas 38 km², a

contar também com um importante pólo de lavanderias.

O mesmo progresso que trouxe emprego e desenvolvimento aos moradores

gerou também a degradação ambiental, principalmente do rio Capibaribe, principal

manancial de abastecimento de água daquela região, que recebe os resíduos líquidos das

lavanderias que movimentam a economia local.

A atividade de lavagem do jeans é a principal responsável pelo problema de

poluição hídrica nesta região, gerando poluentes resultantes do descarte da água

utilizada na etapa de tingimento dos jeans. Devido à formulação dos corantes e outros

aditivos, este efluente possui um elevado potencial poluidor, que caracterizam o

efluente final uma cor acentuada somada a elevados níveis de DBO, DQO e metais

pesados.

O consumo global de produtos têxteis gira por volta de 700.000 de toneladas po

ano, sendo 26.500. Estima-se que 10% deste valor seja descartado para os efluentes

(KUNZ et al, 2002).

Segundo SILVA et al.(2005), o Órgão Ambiental do estado de Pernambuco,

representado pela Agência Estadual de Meio Ambiente e Recursos Hídricos (CPRH),

juntamente com o Ministério Público Estadual (MPPE), interviram no processo dando

início a uma campanha de regularização, com o objetivo de ajustar as empresas aos

padrões estabelecidos na resolução CONAMA 357/2005 de descarte de efluentes em

águas doces. Esta ação teve como base a elaboração de um diagnóstico ambiental,

visando caracterizar a situação das empresas e avaliar os impactos ambientais

ocasionados pela sua atividade.

Existe um crescente interesse no uso de materiais de baixo custo que possam ser

usados para adsorver corantes. Vários materiais têm sido testados, como argilas

(NASSAR, 1994), bagaço de cana (NASSAR & EL-GEUNDI, 1991), madeira e outros

resíduos celulósicos (ASFOUR, et al., 1985; MCKAY & ALLEN, 1983).

Por ser imprescindível ao processo de fabricação das peças em jeans, há muito

se fazia necessária o desenvolvimento de sistemas que viessem a minimizar o prejuízo

ambiental causado pelos dejetos despejados no rio pelas lavanderias com baixo custo

para pequenas indústrias. Cada uma dessas empresas, dependendo da capacidade de

produção, despejam no rio entre 50 a 300 mil litros de efluentes por dia.

5

A lavanderia Mamute, implantou uma estação de reciclagem de efluentes na

empresa, através de um convênio com o GFZ, entidade alemã que trabalha com a

preservação ambiental. Este sistema de tratamento consegue reciclar entre 50 e 60% da

água utilizada, que é reutilizada no processo de lavagem do jeans, sendo o restante do

volume d'água tratado e despejado no rio (Figura 1).

Figura 1. Rio Capibaribe, no local onde é despejado e efluente tratado na lavanderia

Mamute (caixa de descarga na parte inferior da foto).

A adsorção de efluentes têxteis utilizando adsorventes de baixo custo como as

argilas, tem se tornado uma alternativa viável tanto econômica quanto ambientalmente,

se comparada aos métodos usuais para este tipo de tratamento.

O conhecimento dos princípios físicos e químicos onde se inserem os processos

adsortivos, são de grande importância para a interpretação deste fenômeno

(CAVALCANTI, 2006). A adsorção pode ser aplicada em processos de purificação e

separação de substâncias (ABREU, 1999).

O material adsorvido é o adsorbato, e o material onde se faz a remoção é

chamado de adsorvente. Existem dois processos de adsorção distintos de acordo com as

forças envolvidas: a adsorção física e a adsorção química.

Na adsorção física, através de forças de Van der Waals (força fraca) as

moléculas adsorvidas são retidas na superfície do adsorvente e é possível que haja a

formação de uma multicamada. Neste caso a adsorção é reversível.

6

Na adsorção química, uma camada única de moléculas, íons ou átomos é unida

na superfície do adsorvente, por ligações químicas. Este processo é irreversível.

Quando os componentes a serem adsorvidos estão presentes em baixas

concentrações e possuem baixo valor agregado geralmente não são recuperados

(KURNIAWAN, 2006).

O objetivo geral da segunda etapa deste estudo foi verificar a viabilidade técnica

do uso das argilas presentes no “bota-fora” de mineradoras de gipsita no pólo gesseiro

do Araripe como adsorvente. Tendo como objetivos específicos:

• Agregar valor ao resíduo da mineração de gipsita, um passivo ambiental,

utilizando-o como alternativa de tratamento de outros resíduos;

• Efetuar ensaios adsortivos preliminares para verificar a capacidade de remoção

dos corantes;

• Fazer um estudo cinético e de equilíbrio;

• Fazer a modelagem do processo adsortivo.

O chorume, o efluente têxtil e o bota-fora das argilas, enquanto resíduos,

requerem a implementação de tratamentos, ou reciclagem/reuso, que sejam capazes de

minimizar os impactos ambientais provocados pelo descarte destes resíduos.

7

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Aterros Sanitários, Controlados

No Brasil são produzidos diariamente cerca de 183 mil toneladas de resíduos

sólidos urbanos, das quais 22 mil não são sequer coletadas, sendo abandonadas em

locais inadequados (ALEGRIA, 2010).

Dentre as alternativas tecnológicas para disposição de resíduos sólidos urbanos,

o aterro sanitário ainda é a técnica mais utilizada mundialmente. A sua construção

baseia-se na criação de uma estrutura impermeabilizada seguindo critérios de

engenharia e normas de operação, cujo objetivo é impedir que elementos tóxicos,

produzidos pela decomposição do lixo, entrem em contato com a água e o solo,

poluindo o meio ambiente.

Em aterros sanitários, o resíduo sólido urbano é depositado em camadas,

compactado e coberto com argila no final de cada operação (QASIM, 1994). Os

resíduos, após chegarem ao aterro, passam por processos físicos, químicos, e

principalmente biológicos, gerando dois produtos principais: gases e líquidos

(PACHECO, 2004). Porém, um dos grandes problemas encontrados no gerenciamento

de aterros sanitários de resíduos urbanos diz respeito à produção e ao tratamento do

lixiviado, ou percolado, produzido.

Durante a sua vida útil e após cessar o seu funcionamento, é necessário que haja

um monitoramento cuidadoso dos gases, bem como o emprego de técnicas de

tratamento dos líquidos percolados gerados.

2.2. Aterro Controlado da Muribeca

O aterro controlado da Muribeca, que até 2009 recebeu todo lixo das cidades de

Recife e Jaboatão dos Guararapes, possui uma área de 64 ha (Figura 2) e localiza-se a

16 km da Cidade do Recife, no Município de Jaboatão dos Guararapes. Foi o maior

aterro em operação na Região Metropolitana do Recife de 1985 até meados de 2009,

estando atualmente fechado para receber resíduos. Teve seu processo de recuperação

iniciado em 1994 com a construção de 9 células revestidas por uma camada de solo

impermeabilizante onde era depositado e compactado o lixo (LIMA et al, 2000;

8

BRAGA et al, 2002). Durante sua operação, o aterro da Muribeca recebia até 3000

toneladas/dia de resíduos (lixo doméstico, hospitalares e industriais).

Figura 2. Vista aérea da célula de resíduos e da estação de tratamento de lixiviado do

Aterro da Muribeca (2007). Fonte: LINS, 2008

O processo utilizado no Aterro da Muribeca para tratar o lixiviado é o sistema de

lagoas. Este é composto por uma lagoa de decantação, seguida de uma anaeróbia e de

três lagoas facultativas. Em seguida o lixiviado segue para o sistema de fitoremediação

e barreira reativa. Ressalta-se que no início deste sistema, uma parte do lixiviado é

recirculado no aterro (LINS, 2011).

As técnicas normalmente utilizadas para tratamento de lixiviados incluem

digestores e filtros de fluxo ascendente e descendente; métodos físico-químicos;

tratamento por osmose reversa; oxidação por ozônio, lagoas de estabilização, dentre

outros. Estas lagoas têm podem de produzir efluentes com baixa DBO e pequena

concentração de nutrientes (LINS et al., 2005).

2.3. Chorume e Lixiviado Nos aterros, os resíduos se decompõem dando origem ao chorume que, constitui

o problema mais sério relativo à operação de aterros sanitários.

O chorume é definido, na NBR 8849/1985, como o “líquido produzido pela

decomposição de substâncias contidas nos resíduos sólidos, que tem como

9

características a cor escura, o mau cheiro e a elevada DBO (Demanda Bioquímica de

Oxigênio)”.

Atribui-se a variação de características do chorume a razões tais quais: variação

na composição do lixo depositado, idade de operação do aterro, hidrogeologia do local,

condições especificas de clima e a umidade da massa de lixo (CHU, 1994).

O chorume fresco corresponde à fase ácida de decomposição, visto que

apresentam pH relativamente baixo (em torno de 6), relação DBO/DQO em torno de

1:3, concentrações elevados da DQO e uma elevada concentração de nitrogênio

amoniacal (TATSI, 2003).

De modo geral, o chorume dos aterros de resíduos sólidos (ARS), quando

submetido aos sistemas convencionais de tratamento de efluentes, dos quais pode-se

citar lagoas aeróbias, anaeróbias e facultativas, ainda apresenta elevadas concentrações

de poluentes, principalmente de carga orgânica, que representa riscos de impacto

ambiental e à saúde publica (CECCONELLO, 2005).

O chorume corresponde à fase líquida da massa de lixo aterrada, que percola

através desta removendo materiais dissolvidos ou suspensos. O lixiviado é composto

pelo chorume e pelo líquido que entra na massa aterrada de lixo advindo de fontes

externas, tais como sistemas de drenagem superficial, chuva, lençol freático, nascentes e

aqueles resultantes da decomposição do lixo (SEGATO, 2000).

Existem três estágios mais significativos na produção de lixiviado: a compressão

e compactação da massa de lixo devido ao próprio peso dos resíduos, a decomposição

da matéria orgânica, e pela infiltração de águas das chuvas nas camadas superficiais,

laterais ou inferiores dos aterros sanitários (VENKATARAMANI et al., 1983).

2.3.1. Potencial Poluidor do Lixiviado

A percolação do líquido no aterro pode provocar a poluição das águas

subterrâneas e superficiais, sendo que uma das primeiras alterações observadas é a

redução do teor de oxigênio dissolvido, que pode prejudicar a fauna e a flora aquática.

As substâncias húmicas (SH), que são compostas de misturas orgânicas

dissolvidas ocorridas na natureza, representam papel relevante na poluição química e

bioquímica dos solos e águas naturais, sendo consideradas poluidoras potenciais. Estas

10

substâncias podem derivar de materiais orgânicos, como os restos de plantas e animais e

pesticidas (KANG et al., 2002).

A coloração escura nos solos e nas águas são causadas pela instabilidade das

características físicas e químicas das substancias húmicas que possuem alta massa

molecular (KURNIAVAN et al., 2006). Tais substâncias são responsáveis pela

coloração parda encontrada no lixiviado.

Na etapa ácida a concentração de metais pesados nos lixiviados de aterros

podem ser mais altas quando comparada a etapa de fermentação devido a solubilização

metálica e complexação dos ácidos graxos voláteis. Os ácidos húmicos e fúlvicos assim

como os compostos aromáticos podem também complexar metais como o cádmio,

chumbo, cobalto, cobre, ferro, manganês, níquel e zinco (HARMSEN,1983).

Dentre outros poluentes presentes no lixiviado (Tabela 1), destacam-se os

metais, que podem se apresentar em diversas formas (livres, complexados, não

solubilizados).

Tabela 1. Componentes normalmente encontrados no lixiviado.

Parâmetro Faixa pH 4,5 – 9,0 Sólidos Totais 2.000 – 60.000

Matéria Orgânica - mg/L Carbono Total 30 – 29.000

DBO5 20 – 57.000

DQO 140 – 152.000 DBO5/DQO 0,02 – 0,80 Nitrogênio Orgânico 14 – 25.000

Elementos Traços Inorgânicos - mg/L

Arsênico 0,01 – 1

Cádmio 0,0001 – 0,4 Cromo 0,02 – 1,5 Cobalto 0,005 – 1,5 Cobre 0,005 – 10 Chumbo 0,001 – 5 Mercúrio 0,00005 – 0,10

Fonte: Tecnotrat – UFPR (2011)

11

2.3.2. Metais Pesados

Os Metais pesados são metais altamente reativos e bioacumuláveis

(KURNIAWAN et al., 2006), ou seja, os organismos não são capazes de eliminá-los.

Os seres vivos necessitam de pequenas quantidades de alguns desses metais,

incluindo cobalto, cobre, manganês, molibdênio, vanádio, estrôncio, e zinco, para a

realização de funções vitais no organismo. Porém níveis excessivos desses elementos

podem ser extremamente tóxicos (IBRAFAMA, 2011).

Outros metais pesados como o mercúrio, chumbo e cádmio não possuem

nenhuma função dentro dos organismos e a sua acumulação pode provocar graves

doenças, sobretudo nos mamíferos.

Os principais metais pesados contaminantes segundo dados do Instituto

Brasileiro de Fiscalização Ambiental (IBRAFAMA), são: arsênico (Ar), Chumbo (Pb),

Cádmio (Cd), Mercúrio (Hg), Cromo (Cr) e Manganês (Mn). A Tabela 2 mostra os

destes metais no organismo humano.

Tabela 2. Principais efeitos dos metais pesados no organismo humano

Fonte: IBRAFAMA (2011).

Quando lançados como resíduos industriais, na água, no solo ou no ar, esses

elementos podem ser absorvidos pelos vegetais e animais das proximidades, provocando

graves intoxicações ao longo da cadeia alimentar (VIVA TERRA, 2010).

Portanto, os metais pesados afetam tanto a flora como a fauna e seus efeitos são

diversos, desde a malformação de folha e frutos, até a falta de cálcio em ovos de aves,

causando de forma geral o declínio do ecossistema.

Com a necessidade de proteção ao meio ambiente e controle da poluição e

prevenção de doenças devido a contaminação dos recursos hídricos, algumas

Metal Efeito Ar Causa problemas nos sistemas respiratório, cardiovascular e nervoso. Pb Atinge o sistema nervoso, a medula óssea e os rins. Cd causa problemas gastrointestinais e respiratórios. Hg se concentra em diversas partes do corpo como pele, cabelo,

glândulas sudoríparas e salivares, tireóide, sistema digestivo, pulmões, pâncreas, fígado, rins, aparelho reprodutivo e cérebro, provocando inúmeros problemas de saúde.

Cr provoca irritação na pele e, em doses elevadas, câncer. Mn causa problemas respiratórios e efeitos neurotóxicos.

12

tecnologias para tratamento de efluentes, têm sido desenvolvidas. Dentre elas, os

processos que envolvem adsorção tem se destacado como um dos mais atraentes na

solução dos problemas de tratamento de efluentes gasosos e líquidos, com uma vasta

variedade de aplicações como a adsorção de metais (SRIVASTAVA ET AL. 1989) e

tratamento de efluentes têxteis (MCKAY, 1980).

Entre as vantagens do uso da adsorção destaca-se o custo relativamente

moderado comparado com outras técnicas pesquisadas, ou seja, um menor investimento

e menor tempo de processamento.

2.4. Pólo Gesseiro do Araripe

O Sertão do Araripe de Pernambuco é responsável por 95% da produção de

gesso do Brasil, esta região já esteve entre os maiores produtores agrícolas do País,

porém os períodos de estiagem prejudicaram a atividade, incentivando a busca por

novas fontes de renda e estimulando a atividade industrial de extração e processamento

do gesso (JORNAL DO COMMERCIO, 2005).

Além do estado de Pernambuco, destacam-se na produção de gesso os estados

do Ceará com cerca de 1,5% da produção nacional e o Maranhão com 3%.

Aproveitando as jazidas naturais existentes de gipsita, a exploração desta

matéria-prima move a economia de Araripina e cidades vizinhas. A atividade é uma das

que mais empregam, desde a extração do minério até a fabricação de gesso em pó, em

placas ou em blocos. Segundo o Jornal do Commércio em junho de 2005, 19 das 73

empresas do Araripe fizeram a primeira exportação do produto de 24 toneladas para a

França.

Segundo dados do SINDUSGESSO (2010), naquela região, estão envolvidas,

empresas de mineração da gipsita, indústrias de beneficiamento, empresas de

transformação, comercialização e distribuição do gesso e produtos derivados, além de

empresas do setor da construção civil, indústrias de máquinas e ferramentas, fabricantes

de explosivos, transportadoras, oficinas mecânicas, hotéis, indústria química e

fabricantes de embalagens , constituindo uma cadeia produtiva do setor, configurando–

se assim em um APL/Gesso (Arranjo Produtivo Local do Gesso).

13

A gipsita é obtida a partir de lavra subterrânea ou a céu aberto. No Brasil o

método de lavra empregado é a céu aberto, através de bancadas simples (JORGENSEN,

1994; PERES et al., 2001). Na mineradora São Jorge, local da coleta da argila, o

capeamento pode chegar até 20 metros de altura e talude de inclinação 15º (LUZ, et al,

2001). Para ser extraída, a gipsita requer que todo capeamento seja removido. Todo este

capeamento, torna-se um passivo ambiental, chamado de “bota-fora”.

2.4.1. Argilas do Capeamento das Bacias sedimentares do Araripe

A argila é definida como um material natural, terroso, de granulação fina que

quando umedecido com água apresenta plasticidade (NEUMANN et al., 2000). Os

minerais que constituem as argilas são os argilominerais, que são compostos de silicatos

hidratados, cuja estrutura é disposta em camadas formadas por folhas continuas

compostas por octaedros de alumínio (magnésio ou ferro) e oxigênio e hidroxilas

(NEUMANN et al, 2000). A Figura 3 apresenta a estrutura das argilas.

Figura 3. Estrutura das Argilas. Fonte: Neumann et al. (2000).

Uma das maneiras de classificação das argilas refere-se ao tipo de cátion

presente em sua folha octaédrica. Elas podem servir como suportes e/ou catalisadores

para vários tipos de reações e fotorreações (NEUMANN et al , 2000).

14

A bacia sedimentar do Araripe faz parte da formação Santana, termo proposto

por BEURLEN em 1962, que em 1971 subdividiu a formação Santana nos membros

Crato, Ipubi e Romualdo.

O membro Ipubi, que se constitui de gipsita e anidrita, compreende os evaporitos

onde há uma crescente salinidade em função da evaporação progressiva de um lago

interior existente (SILVA, 1983). A formação calcítica foi denominada calcário Santana

por se localizar próximo a cidade de Santana do Cariri, no estado do Ceará

(BARAUNA, 1991).

As bacias sedimentares do Araripe são cobertas por grandes camadas de argila

de coloração predominante vermelha e verde. Estas argilas são formadas

predominantemente pelos argilominerais, contendo também quartzo, feldspato, calcita e

gipsita. Estes argilominerais pertencem aos grupos das esmectitas e micas (BARAÚNA,

1991).

2.5. Indústria Têxtil

A indústria têxtil é um dos maiores consumidores de produtos químicos, que são

aplicados na fabricação de fibras sintéticas, naturais e como auxiliares no

beneficiamento (BELTRAME, 2000).

O processamento têxtil envolve três etapas de produção: formação dos fios;

formação dos tecidos e acabamento. Os estágios de formação dos fios e formação do

tecido participam com uma contribuição muito pequena na geração de efluentes, em

oposição aos processos molhados (acabamentos), os quais são geradores da maior

parcela destes efluentes (ABRAHÃO, 2002; SILVA, 2005).

É a indústria que mais gera efluentes líquidos, na qual para cada quilo de tecido

pode-se consumir até 300 litros de água. As águas de lavagem representam de 60 a 70%

do consumo total de água nas industrias têxteis (SILVA, 2008).

2.5.1. Corantes

Os corantes são produtos que provocam modificações físico-químicas do

substrato. Durante o tingimento são adsorvidos se difundindo pelo interior da fibra .

15

Os corantes podem ser classificados de acordo com sua estrutura química ou de

acordo com o método pelo qual é fixado à fibra têxtil (PETERS, 1975).

Pelo modo de fixação os principais são: ácidos, reativos, diretos, azóicos,

dispersivos, à cuba e pré-metalizados, dos quais os únicos que não se aplicam à

industria têxtil são os pré-metalizados e os básicos (GUARATINI, 2000).

Os corantes utilizados pela indústria têxtil podem também ser classificados de

acordo com sua estrutura química de seu grupo cromóforo (Tabela 3) (MELO, 2007).

Tabela 3. Classificação de acordo com a constituição química

dos corantes do Colour Índex.

Classe Química

Referência do índice de cor

(CI) Classe Química Referência do

índice de cor (CI)

Nitroso 10000-10299 Indamina 49400-49699 Nitro 10300-10999 Indofenol 49700-49999

Monoazo 11000-19999 Azina 50000-50999 Diazo 20000-29999 Oxazina 51000-51999 Triazo 30000-34999 Triazina 52000-52999 Pliazo 35000-36999 Sulfuroso 53000-54999 Azóico 37000-39999 Lactona 55000-55999

Estilbeno 40000-40799 Aminocetona 56000-56999 Carotenóide 40800-40999 Hidroxicetona 57000-57999

Difenilmetano 41000-41999 Antraquinona 58000-72999 Triarilmetano 42000-44999 Indigóide 73000-73999

Xanteno 45000-45999 Ftalocianina 74000-74999 Acridina 46000-46999 Natural 75000-75999

Quinolina 47000-47999 Base de oxidação 76000-76999 Metina 48000-48999 Pigmento Inorgânico 77000-77999 Triazol 49000-49399

Fonte: Geada (2006).

Estima-se que sejam perdidos, durante a síntese e o processamento,

aproximadamente 15% da produção total de corantes e pigmentos. Isso corresponde a

uma descarga média diária de 128 toneladas para o meio ambiente.

A principal fonte dessa perda está nos resíduos líquidos, por causa da exaustão

incompleta (10 a 20% de perdas). No caso dos pigmentos, a perda é de apenas 1 a 2%.

Durante o processo de tingimento, a maior parte do corante é exaurida pela fibra, mas a

fração que não estiver já fixada, segue junto com a água de descarte.

16

2.5.1.1. Corantes Ácidos

São corantes aniônicos que possuem de um a três grupos sulfônicos, que tornam

o corante solúvel em água, e têm relevante importância no tingimento do corante em

fibras protéicas (lã, seda) e em fibras de poliamida sintética.

Estes corantes caracterizam-se por substâncias com estrutura química baseada

em compostos azo, antraquinona, triarilmetano, azina, xanteno, ketonimina, nitro e

nitroso, que fornecem uma ampla faixa de coloração e grau de fixação (GUARATINI,

2000).

A estrutura de alguns corantes ácido pode ser observada na Figura 4. O corante

ácido utilizado trata-se do Nylosan Azul Brilhante fabricado pela Clariant.

A

B

C

Figura 4. Estrutura dos corantes: (A) Ácido Scarlet – AS GR, (B) Ácido Black 1, (C)

Ácido Blue 193. Fonte: Paiva (2011).

17

2.5.1.2. Corante reativo

Este tipo de corante contém um grupo eletrofílico capaz de formar ligação

covalente com grupos hidroxila das fibras celulósicas, com grupos amino, hidroxila e

tióis das fibras protéicas, bem como com grupos amino das poliamidas. Os principais

corantes reativos contêm a função azo e antraquinona como grupos cromóforos e os

grupos clorotriazinila e sulfatoetilsulfonila como grupos reativos. Sua reação química se

processa diretamente através da substituição do grupo nucleofílico pelo grupo hidroxila

da celulose (GUARATINI, 2000).

Os corantes reativos são altamente soluveis em água e o estabelecimento de uma

ligação covalente entre o corante e a fibra, cuja ligação confere maior estabilidade na

cor do tecido tingido quando comparado a outros tipos de corante em que o processo de

coloração se opera através de ligações de maior intensidade.

A estrutura deste tipo de corante contem três tipos de grupos funcionais: os

cromóforos, os solubilizantes (grupos sulfônicos), e os reativos que reagem com a

celulose. O Corante Reativo utilizado foi o Azul Anil Op fabricado pela Trilimp cuja

estrutura pode ser observada na Figura 5.

Figura 5. Estrutura do corante reativo Azul Anil fabricado pela Trilimp.

2.5.2. Efluente Têxtil

Estes efluente são bastante complexos, podendo conter uma ampla variedade de

corantes, dispersantes, ácidos, bases, sais, detergentes, umectantes, oxidantes, etc.

(KANNAN & SUNDARAM, 2001). Podem causar destruição da vida aquática, se

lançados nos rios sem tratamento adequado. Após o processo de fixação da tintura às

18

fibras, estima-se que pelo menos 20% dos corantes têxteis sejam descartados nos

efluentes (CLAUSEN & TAKASHIMA, 2007).

Na maioria das tinturarias e lavanderias industriais do município de Toritama,

objeto de estudo deste trabalho, não há um sistema de tratamento adequado de acordo

com a legislação vigente aos efluentes e ao despejarem a água residuária do processo de

beneficiamento de confecções nos rios acabam cometendo infração e contribuindo para

degradação ambiental (SALGUEIRO et al., 2007).

A presença de corantes nas correntes de água reduz a atividade fotossintética,

afetando o equilíbrio natural da biota. Efluentes contendo corantes representam um

grave problema ambiental, pois a sua grande toxicidade possibilita o acumulo no meio

ambiente (THINAKARAN et al., 2010).

BECKMANN (1991) e COOPER (1993) defenderam a tese de que tendo em

vista a grande diluição, poucos corantes solúveis poderiam causar efeitos ecológicos

agudos em concentrações em que não sejam visíveis à olho nu. No entanto, dependendo

do tipo de corante e do modo de aplicação a ser utilizado, a etapa final da tintura pode

contribuir significativamente no lançamento de rejeitos de diversas substâncias

químicas com composição variável (corante, dispersantes, eletrólitos ,umectante, etc.)

utilizadas nas etapas de montagem e fixação (GUARATINI, 2000).

Entre os problemas provocados pelos efluentes têxteis em corpos hídricos receptores

estão a mudança de coloração, o aumento no nível de metais pesados, alteração dos níveis

de DBO, DQO e pH, além da formação de espumas alterando-se assim o nível de

oxigênio dissolvido nesses corpos hídricos

2.5.3. O Pólo do Têxtil de Toritama O município de Toritama encontra-se localizado no agreste setentrional de

Pernambuco a 167 Km do Recife e a 36 Km de Caruaru. Apesar de ser um município

pequeno, possui uma intensa atividade industrial, baseada nas confecções de roupas e

lavanderias industriais, cujo centro comercial é o parque das feiras (Figura 6).

Este pequeno município é responsável por 14% da produção nacional de jeans

no País, com cerca de 2 milhões de peças/ano, perfazendo um montante de 6 milhões de

reais/ano, o que qualifica o município com taxas de desemprego próximas a zero

(FADE, 2003).

19

Figura 6. Foto do Parque das Feiras no centro da cidade de Toritama-PE.

Em contraponto ao desenvolvimento econômico, a atividade de lavagem do

jeans é responsável pelo maior problema de poluição observado nesta região, sendo

caracterizada a geração de poluentes hídricos, proveniente da etapa de tingimento das

peças de jeans, o que possui um potencial poluidor elevado (SILVA, 2005).

A poluição dos corpos hídricos da cidade de Toritama é potencializada pelo

descarte de efluentes sem um tratamento prévio adequado pela grande maioria das

lavanderias no rio Capibaribe, como pode ser observado nas Figuras 7 e 8.

Figura 7. Descarte de efluente resultante da lavagem do jeans por lavanderia. Fonte: SILVA, 2005.

Figura 8. Rio Capibaribe poluído pelo descarte de efluentes têxteis. Fonte: SILVA, 2005.

2.6. Processos de Tratamento de Lixiviados e Corantes

20

Os processos de tratamento do lixiviado são muito importantes para o meio

ambiente. Caso não seja tratado, ele pode atingir lençóis freáticos, rios e córregos, levando

a contaminação para estes recursos hídricos. Neste caso, os peixes podem ser contaminados

e, caso a água seja usada na irrigação agrícola, a contaminação pode chegar aos alimentos

(frutas, verduras, legumes, etc).

De maneira geral, não há tecnologia que, atuando isoladamente, consiga tratar o

efluente tão complexo como o lixiviado. Os métodos convencionais de tratamento de

lixiviado podem ser classificados em quatro grandes grupos: transferência de lixiviado –

recirculação, evaporação e tratamento combinado com esgotos; métodos biológicos

aeróbios e anaeróbios; métodos físicos e químicos – adsorção, precipitação química,

coagulação/floculação, oxidação química, air stripping ou remoção de amônia por

injeção de ar e filtração por membranas; e por fim, métodos alternativos – wetlands

construídos e o sistema de barreira bioquímica. (RENOU et al., 2007; KURNIAWAN et

al., 2006b; WISZNIOWSKI et al., 2006; IWAI, 2005; BELTRÃO, 2005).

Dentre as tecnologias de tratamento para remoção de corantes de efluentes

envolvendo processos químicos e /ou químicos pode-se citar: Biodegradação, Oxidação,

adsorção, técnica de membrana e coagulação/floculação (OLIVEIRA, 2010).

Geralmente utiliza-se na indústria têxtil os processos de tratamento

fundamentados na operação de sistemas físico-químicos de precipitação-coagulação,

seguidos de tratamento biológico por um sistema de lodos ativados. O sistema apresenta

uma eficiência relativamente alta, permitindo a remoção de aproximadamente 80% da

carga de corantes (KUNZ, 2002).

2.6.1. Processo de Coagulação/Floculação/Sedimentação

Este tipo de tratamento considera a simplicidade do processo e o uso de

equipamentos de baixo custo como um dos fatores determinantes à sua escolha para

remoção de compostos orgânicos não-biodegradáveis, metais pesados e NH3-N do

lixiviado. Este tratamento físico-químico permite a remoção de sólidos suspensos e

particulas coloidais da solução a ser tratada (JORDÃO, 1995).

A coagulação é definida como sendo o processo no qual as forças de repulsão

das partículas dissolvidas ou em suspensão são anuladas, permitindo que elas possam se

21

agrupar. O processo da coagulação inicia-se pela adição de um coagulante em uma

câmara de mistura rápida no efluente que se pretende tratar (BUCHARD, 1979).

Para aumentar o tamanho da partícula e facilitar sua posterior remoção, por

exemplo por decantação ou flotação, o processo da coagulação é geralmente seguido

pela floculação. Neste as partículas se aglomeram formando flocos volumosos por

agruparem-se mais facilmente. Esta técnica permite a remoção de sólidos suspensos e

partículas coloidais da solução (JORDÃO, 1995).

O processo de coagulação/floculação é uma técnica que pode ser empregada

para remoção de sólidos suspensos, matéria orgânica não-biodegradável, e metais

pesados de chorume de aterros sanitários (KURNIAWAN, 2006).

A última fase deste processo é a de sedimentação, que é a etapa de clarificação

do efluente. À medida que os flocos agregados, os mesmos aumentam, de densidade e

tendem a decantar (BUCHARD, 1979).

De acordo com KUNZ et al. (2002), os tipos de tratamento baseados em

processos de coagulação/floculação/sedimentação em se tratando de corantes,

apresentam uma elevada eficiência na remoção de material particulado. Já na remoção

de cor e compostos orgânicos dissolvidos mostram-se deficientes. Eles afirmam ainda

que este processo corresponde à um processo não destrutivo, onde o volume dos

resíduos é diminuído mas precisa-se descartar ou reutilizar as fases sólidas.

2.6.1.1. Hidróxido de cálcio

O termo Cal, refere-se ao óxido de cálcio ou cal virgem (CaO), hidróxido de

cálcio ou cal hidratada Ca(OH)2 e a cal dolomítica, porém as mais usadas são CaO e

Ca(OH)2 (SANTANA-SILVA, 2008).

A cal é obtida através de uma reação química de calcinação que consiste na

remoção térmica do calcário, dolomitas e conchas calcárias, o que resulta na formação

de dois produtos: CaO e CO2 (REBELATO, 2006).

O principal uso da cal, é na correção de pH, sendo também utilizadas para outros

fins como: precipitação de matéria orgânica, fosfatos e metais pesados, e como

coagulante para remoção de material coloidal (SEMERJIAN, 2003).

22

A cal hidratada é aplicada em diversas áreas como na fabricação de argamassa,

asfalto na construção civil, tratamento de efluentes, etc. Esta cal, segundo SANTANA-

SILVA (2008), é a cal mais apropriada para o tratamento do lixiviado devido à relação

custo/remoção quando comparada às demais.

2.6.2. Processos Biológicos

Os processos biológicos objetivam a estabilização dos compostos orgânicos do

lixiviado, reduzindo assim sua Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) a valores

compatíveis com a legislação específica vigente (PIRES, 2002).

2.6.2.1. Processos Biológicos para o Tratamento do Lixiviado

O tratamento biológico é a prática mais comum a nível mundial para o

tratamento de lixiviados, porém, atualmente na Europa já não é mais, pois os aterros já

não recebem a fração orgânica (STEGMANN & HEYER, 2005). Estes processos

podem ser aeróbios ou anaeróbios.

Dentre os processos de tratamento biológicos aeróbios destacam-se: lagoas

aeróbias, contador biológico rotatório, filtro biológico percolador e lodos ativados.

O tratamento biológico por lagoa aeróbia, deve permitir uma redução parcial de

poluentes orgânicos biodegradáveis bem como realizar a nitrificação do nitrogênio

amoniacal (RENOU et al, 2008).

As lagoas são tanques com profundidades variando de 1 a 3 metros, onde o

oxigênio pode ser fornecido ou não com unidades mecânicas especiais para aeração,

com baixa taxa de aplicação de carga orgânica e elevado tempo de detenção.

STEGMANN & HEYER (2005), partem do principio de que o tempo de

detenção do lixiviado seja longo o suficiente para que as bactérias, embora

transportadas para fora da lagoa com o lixiviado, possam se desenvolver e realizar a

nitrificação da amônia. COSSU et al. (1982), estimam que este tempo de detenção deva

ser entre 50 e 100 dias.

O contator biológico rotatório corresponde a um conjunto de discos fixados

paralelamente em um eixo horizontal. Parte do disco fica submersa no líquido e a outra

parte, cerca da metade, exposta ao ar. Uma pequena porção do biofilme se desprende na

23

massa liquida e absorve matéria orgânica a medida que o eixo gira (SCHIMANKO

,2008).

Estudos anteriores do desempenho de contatores biológicos rotatórios no

tratamento de lixiviado, por meio de experimentos em escala de bancada e escala piloto

indicaram taxas de remoção de DBO entre 95 e 97% e remoção de DQO entre 80 e 90%

(LUGOWSKI et al., 1989; DZOMBAK et al, 1990).

O filtro biológico é composto por um mecanismo de distribuição, meio suporte e

sistema de drenagem do lixiviado. O mecanismo do processo caracteriza-se por uma

contínua alimentação e percolação do lixiviado nos interstícios do meio suporte onde

ocorrem o crescimento e a aderência da massa biológica nesta superfície. O material

para o meio suporte depende da disponibilidade local, custos de transporte e montagem.

A biomassa fica aderida à superfície do leito do meio suporte formado por brita, areia,

plástico, bambu, etc. (SCHIMANKO, 2008).

O tratamento por lodos ativados trata-se de um processo no qual uma cultura

heterogênea concentrada de microrganismos entra em contato com o lixiviado a ser

tratado na presença de oxigênio injetado no meio (FERREIRA et al., 2001).

A literatura (CHIAN & DeWALLE, 1976; MAVINIC, 1984; PALIT &

QASIM, 1977; CHRISTENSEN et al., 1992; MCCLINTOCK et al., 1990) cita que os

lodos ativados removem para esgoto aproximadamente 90%de DBO e 99% de DQO,

podendo remover também de 80 a 99% de metais pesados. Entretanto para lixiviados

esta remoção é bem menor devido a elevada concentração de amônia e da carga

orgânica.

De acordo com WISZNIOWSKI et al. (2006), no processo de lodos ativados a

vantagem principal é a eficiência na remoção dos parâmetros de poluição tais como

sólidos suspensos, DQO, DBO5, nutrientes, nitrogênio por nitrificação e

desnitrificação). Ainda segundo o referido autor, este processo apresenta também

algumas desvantagens, tais como a possibilidade de inibição do processo, especialmente

a nitrificação. FERREIRA et al. (2001) explicam que isto pode ocorrer devido à

presença de substâncias tóxicas e a variação de temperatura e do pH do lixiviado.

Os processos biologicos anaeróbios mostram-se bastante eficientes na remoção

de metais pesados na forma de sulfetos. Dependendo da idade do lixiviado podem ser

obtidas de acordo com FERREIRA et al. (2001), reduções de DQO.

24

Ainda de acordo com o mesmo autor, este processo oferece vantagens em

relação ao processo aeróbio, podendo gerar menos lodo e gerar energia através do gás

metano.

O filtro anaeróbio é uma unidade de crescimento aderido onde o reator abriga

um meio suporte, cujas unidades contém superfície para o crescimento de colônias de

bactérias anaeróbias e facultativas. A filtração se dá pela passagem do lixiviado pelo

meio do filtro, onde há adsorção e posterior metabolismo da matéria orgânica solúvel e

particulada presente no efluente que se converte a gás metano e gás carbônico.

(CASAGRANDE, 2006).

De acordo com NETO et al. (2001), estes filtros podem ser utilizados para

esgotos concentrados ou diluídos resistindo bem às variações de vazão afluente,

perdendo pouco dos sólidos biológicos. Eles permitem várias opções de forma, sentido

de fluxo e materiais de enchimento; e têm construção e operação muito simples.

Embora eficaz, o tratamento de chorume em filtro anaeróbio não alcança os

padrões para emissão do efluente, sendo necessario a realização de tratamento

oxidativo aeróbio subseqüente (FLECK et al, 2003).

Reator UASB é um reator de fluxo ascendente que passa através de um leito de

lodo denso e de grande atividade. O perfil de sólidos no reator varia, de muito denso

próximo ao fundo, até um lodo mais disperso e leve, próximo ao topo do reator. Uma

das características principais do reator UASB é reter, por tempo elevado, os sólidos,

mesmo com a aplicação de elevadas cargas hidráulicas ao sistema (CHERNICHARO,

1990).

Estes sistemas anaeróbios demonstram grande aplicabilidade para tratamento de

esgotos, sendo eficiente na remoção de DBO a um custo relativamente baixo. A maior

parte das unidades instaladas não são seguidas de pré-tratamento e também não atendem

o limite de DBO de 60mg/L , porém, por solicitação dos órgãos ambientais, alguns

reatores UASB, tem sido projetados e instalados seguidos de tratamento biológico

acrobio complementar (PROSAB, 1999).

O tratamento por lagoas anaeróbias são comumente empregadas para

estabilização de altas cargas orgânicas. As lagoas anaeróbias atuam em um sistema em

serie de lagoas como unidade primária (COPASA, 2007).

Estas lagoas geralmente precedem as lagoas de estabilização fotossintéticas.

Quando há condições de área e solo adequados, as lagoas anaeróbias podem ser um

25

sistema de tratamento de menor custo. Recomenda-se que sejam instaladas no mínimo a

500 metros de residências por exalar fortes odores (PROSAB, 1999).

2.6.2.2. Processos Biológicos para o Tratamento de Corantes

Os processos biológicos são os preferidos para o tratamento de corantes devido

aos incovenientes ocasionados pelo lodo gerado com os demais processos. Está em

lugar de destaque dentre os processos destrutivos (não gera novos resíduos) devido a

relativa facilidade encontrada da sua implementação em sistemas que operem em

grande escala (KUNZ et al., 2002).

Dentre os tratamentos utilizados, o emprego de vários tipos de reatores

anaeróbios para remover cor e matéria orgânica de efluentes têxteis tem atingido

resultados sifnificativos, principalmente se complemetados de unidade aeróbia de pós-

tratamento, cuja função é remover aminas aromáticas, que se formam durante a

degradação anaeróbia dos corantes azo (BARBOSA, 2009).

2.6.3. Processos de Separação por Membranas

A Osmose inversa é um processo de separação por membrana onde pode-se

operar com uma grande faixa de temperatura e pH. Este processo pode ser aplicado para

remoção de metais pesados, sólidos suspensos e coloidais, e sólidos dissolvidos do

lixiviado, através de uma membrana que os retém em sua superfície (ENZMINGER,

1987). Na Figura 9, encontra-se o fluxograma explicativo para osmose reversa.

Figura 9. Fluxograma explicativo para osmose reversa. Fonte: AVENATTI, 2003.

26

Para estes processos podem ser interpretados como uma derivação dos processos

de filtração clássica que utilizam, membranas (meios filtrantes) com poros cada vez

menores. Pode ainda ser utilizado na etapa terciária do tratamento de lixiviados

(FERREIRA et al. 2001).

Nestes processos de filtração por membrana ocorre a separaração de duas

soluções com concentrações diferentes através de uma membrana semipermeável, onde

é aplicada uma pressão no sentido da maior para menor concentração, a fim de que a

água passe da concentração maior para a menor (WISZNIOWSKI et al., 2006).

Através da filtração por membranas, torna-se possível remover uma grande

variedade de corantes do efluente aquoso. Este processo produz uma solução de

corantes concentrada que deve ser posteriormente tratada por métodos adequados. As

membranas usadas na nanofiltração ou ultrafiltração são as mais convenientes para o

tratamento de efluentes têxteis (SANIN, 1997).

Segundo GROSS et al. (1999), o uso de membranas para tratar efluentes de

lavanderia de beneficiamento têxtil, tem um menor consumo de água fresca, corantes,

energia, sais, e o volume de efluentes a ser tratado também torna-se menor, o que

implica em um benefício econômico.

A desvantagem da osmose reversa é a baixa retenção de moléculas pequenas e

um indesejável deposito suspenso de substancias dissolvidas na superfície externa da

membrana. Outra limitação para este processo é o alto custo de energia, que em torno de

60 a 80% do valor total do tratamento (CHOO, 1996)

Foram realizados testes por SÓJKA-LEDAKOWICZ et al. (1998) da aplicabilidade

da osmose inversa para a reutilização da água após o tingimento de algodão e poliéster. Os

resultados mostraram que o permeado da osmose inversa (OI) pode ser utilizado em todas

as etapas do processo de tingimento.

A Nanofiltração pode remover partículas com peso molecular maior que 300 Da,

bem como substâncias inorgânicas, através de interações eletrostáticas entre íons e

membranas. Os contaminantes ficam retidos na superfície da membrana

(KURNIAWAN, 2006). A porosidade da membrana para este tipo de tratamento varia

de 200 a 1000 Da.

Este tratamento permite que o material dissolvido na água seja separado em ions

mono, bi e trivalentes e moléculas grandes. Diferentemente da osmose reversa, a

27

nanofiltracao tem uma perda da estrutura da membrana permitindo alto fluxo e menor

pressão de operação para o tratamento de lixiviado. (DE OLIVEIRA, 2008;

KURNIAWAN, 2006).

A aplicação de membranas de nanofiltração foi testada por SÓJKA-

LEDAKOWICZ et al. (1998), que a partir de seus resultados concluiram que a água

recuperada por nanofiltração (NF) pode ser usada com sucesso em etapas de enxágüe do

tecido após o tingimento.

O permeado resultante da nanofiltração pode ser comparado ao da osmose

inversa, exceto pelo conteúdo de sais monovalentes, principalmente cloreto de sódio, o

que limita a possibilidade de uso deste permeado.

2.6.4. Processos Oxidativos Avançados (POAs)

A oxidação química é processo no qual elétrons são removidos de uma

substancia aumentando seu estado de oxidação. A vantagem no uso destes processos é a

não geração de subprodutos sólidos e não transferência de fases de poluentes

(RODRIGUES, 2004).

Os POAs foram estudados mais especificamente a partir da década de 90 apesar

de alguns processos serem conhecidos há mais de um século. A principal via reacional

destes processos é o radical hidroxila (OH) devido a seu alto poder oxidante. A elevada

reatividade deste radical, que age indiscriminadamente, não permite sua estocagem e

obriga sua utilização in situ (PACHECO, 2004).

Os POAs compõe um tratamento bastante eficiente para remoção de

contaminantes, sendo largamente empregados no tratamento de lençóis freáticos, águas

de superfície, efluentes industriais , chorume de aterros, dentre outros (BILA, 2000).

De um modo geral , para processos fisico-quimicos existem muitas vantagens

para tratamento de lixiviados, tais como: simplicidade de implantacao, facilidade de

operação e insensibilidade a mudança de temperatura. As desvantagens são: altos

custos operacionais (produtos químicos utilizados), grande consumo de energia, custos

de manutenção aos depositos de residuos. Processos físico-quimicos são recomendados

para pré-tratamentos de chorumes antigos como complemento do processo de

degradação biológico (KARGI, 2004).

28

Utilizando-se um reator fotoquímico com radiação solar, DIAS et al. (2009),

estudou a degradação do corante Remazol Preto B via reações de foto-Fenton. Os

resultados indicaram uma redução de COT de 90% e 100% da cor, os melhores

resultados, foram obtidos através da realização de um planejamento experimental

dotado de 17 ensaios.

ARAGÃO et al. (2009) avaliaram a eficiência do processo de

coagulação/floculação seguido do processo oxidativo avançado Reagente de Fenton na

degradação do chorume produzido pelo lixão da “Terra Dura” de Aracaju-SE. A

redução da demanda química de oxigênio (DQO) obtida foi próxima a 70% e a cor

reduziu 61,5%.

O chorume gerado pelo aterro sanitário do Cachimba da região metropolitana de,

Curitiba - PR foi tratado com o processo foto-Fenton. O carbono orgânico dissolvido e a

cor tiveram redução de 66% e 59%, respectivamente (GERALDO FILHO et al., 2008).

Segundo CLEMENT e MERLIN (1995), um efluente que apresenta nitrogênio

amoniacal em concentrações de 500 a 1000 mg.L-1 juntamente com valores de DQO

acima de 2000 mg.L-1 e alta alcalinidade, é considerado como de difícil tratamento

biológico, principalmente devido à alta toxicidade do nitrogênio.

Para o tratamento do chorume in natura, proveniente do aterro sanitário da

cidade de Cachoeira Paulista, foi utilizado ozônio na presença do sal de ferro, que

possui finalidade catalítica na formação dos radicais hidroxilas com alto poder de

oxidação da matéria orgânica. Para realizar o experimento foi empregado um reator de

borossilicato encamisado. O processo apresentou um percentual de redução significativo

de COT de 69,2% (SOUZA., 2011).

2.6.5. ADSORÇÃO

Adsorção é um fenômeno de superfície, o qual está relacionado com a área

disponível do adsorvente com relação a massa do adsorbato. Outras variáveis como:

massa do adsorvente, pH, temperatura, força iônica podem também estar relacionasas,

juntamente com a natureza química do adsorvente e adsorvido. Podendo ser um

processo reversível ou irreversível (CASTILHO JR, 2006). As moléculas que estão

presentes em um fluido, líquido ou gasoso, concentram-se espontaneamente sobre uma

29

superfície sólida. Geralmente, a adsorção parece ocorrer como um resultado de forças

não balanceadas na superfície do sólido e que atraem as moléculas de um fluido em

contato por um tempo finito.

O fenômeno da adsorção é conhecido desde o século XVIII, quando se observou

que certa espécie de carvão retinha em seus poros grandes quantidades de vapor d’água,

o qual era liberado quando submetido ao aquecimento (CAVALCANTI, 2006).

A adsorção passou a ser utilizada como uma operação unitária importante dentro

da Engenharia Química. Atualmente, é aplicada em processos de purificação e

separação de substâncias, apresentando-se como uma alternativa importante e

economicamente viável em muitos casos (ABREU, 1999).

O conhecimento dos princípios físicos e químicos nos quais os processos

adsortivos estão inseridos são fundamentais para a interpretação dos fenômenos de

adsorção. Os aspectos cinéticos e de equilíbrio de adsorção são a base teórica para o

entendimento entre os princípios fundamentais e as práticas industriais. Estes

parâmetros são essenciais à análise e interpretação dos dados experimentais servindo de

sustentação para o estudo dinâmico em colunas de adsorção (CAVALCANTI, 2006).

A separação de misturas em duas ou mais correntes, enriquecidas com espécies

as quais deseja-se recuperar é uma aplicação mais recente dos processos adsortivos e

que vem desenvolvendo-se muito nos últimos anos devido à capacidade destes

processos realizarem separações importantes em situações onde a destilação

convencional se revela ineficiente ou onerosa.

Os processos de separação por adsorção são largamente utilizados na indústria,

particularmente nas refinarias de petróleo e indústrias petroquímicas (RUTHVEN,

1986).

Pesquisas envolvendo processos adsortivos entre argilas e compostos orgânicos

desenvolvidas por MENABUE et al. (2005), KESSAÏSSIA et al. (2004), SHEN (2004)

e BURNS et al. (2002), encontraram suas interpretações de dados experimentais

sustentadas segundo o modelo de Langmuir, o qual pressupõe a existência de sítios de

adsorção, todos energeticamente equivalentes, onde apenas uma molécula é adsorvida

por sítio, sem qualquer interação com moléculas adsorvidas em sítios vizinhos.

2.6.5.1. Isotermas de Adsorção

30

As isotermas de adsorção são a maneira pela qual se expressa a quantidade de

soluto adsorvido por unidade de massa de adsorvente. São utilizadas para avaliar

quantitativamente o processo (OLIVEIRA, 2009).

De acordo com BRUNO (2008) as isotermas de adsorção são classificadas em:

• Favorável;

• Fortemente Favorável;

• Linear;

• Irreversível;

• Desfavorável;

A Figura 10 apresenta os tipos de isoterma, onde é possível classificá-las de

acordo com o formato da curva.

Figura 10. Classificação das Isotermas de adsorção. Fonte: McCABE et al. (2001).

Enquanto ocorre o processo de adsorção há uma distribuição do soluto entre as

duas fases, que pode ser medida em função da concentração e natureza do soluto e da

solução, como função da concentração de soluto (C) remanescente na solução de

equilíbrio. Normalmente, a quantidade de material adsorvido para a massa unitária de

adsorvente aumenta com o aumento de concentração, embora não diretamente

(OLIVEIRA, 2009).

A isoterma de adsorção é a relação de equilíbrio entre a concentração na fase

fluida e a concentração nas partículas do adsorvente a uma dada temperatura. Para

31

líquidos, a concentração é freqüentemente expressa em unidades de massa. A

concentração do adsorbato no sólido é dada como massa adsorvida por unidade de

massa do adsorvente original. A isoterma linear passa através da origem e a quantidade

adsorvida é proporcional à concentração no fluído (OLIVEIRA, 2009).

Um dos modelos mais comuns usados para representar comportamentos de

equilíbrio num processo de adsorção é o modelo de Langmuir, cujas principais

características propõem que hajam uniformidade de superfície em termos de sítios de

adsorção, interações independentes em sítios vizinhos e possibilidades de equilíbrio

dinâmico de adsorção e dessorção (CAVALCANTI, 2006).

A equação de Freundlich é uma das melhores descrições matemáticas

conhecidas do equilíbrio de adsorção. Os sistemas reais podem ser representados por

este tipo de isoterma (OLIVEIRA, 2009).

O tipo mais simples de isoterma é o modelo descrito por Henry. Neste, a

concentração do soluto é baixa, não há interação das moléculas do adsorbato umas com

as outras e não há completa adsorção dos sítios (SILVA, 2008).

Isoterma de Langmuir

Este é o primeiro modelo de isoterma que assume cobertura da monocamada na

superfície do adsorvente. Espera-se este comportamento para quimiossorção e deve-se

fazer algumas considerações importantes, tais como:

• Adsorção de todas as moléculas em sítios definidos na superfície do

adsorvente;

• Cada molécula pode ocupar um sítio;

• Todos os sítios possuem a mesma energia de adsorção;

• Quando as moléculas adsorvidas ocupam sítios vizinhos, esta não interagem

entre si.

A isoterma de Langmuir esta expressa na Equação 3.

AA

AAsatA

A

CK

CK

q

q

+=

1 (3)

32

na qual : qA é a capacidade de adsorção; CA a concentração de soluto (equilíbrio);

qA sat é a capacidade de adsorção de saturação na monocamada em mg/g; KA é a

constante de equilíbrio da adsorção;

A equação da Isoterma de Langmuir, já linearizada, é apresenta na Equação 4:

satAA

satAAA qCqKq

1111+

= (4)

A eficiente utilização de um adsorvente requer que as condições de operação

sejam tais que pelo menos faça o uso completo da capacidade de equilíbrio, caso não

seja possível utilizar o total da capacidade limite (SILVA, 2008).

Isotermas de Freundlich

Uma das melhores descrições matemáticas conhecidas do equilíbrio de adsorção

é dada pela equação de Freundlich. Os sistemas reais podem ser representados por este

tipo de isoterma que pode ser expressa através das Equações 1 e 2.

n

eqCKq = (1)

eqKCnq logloglog += (2)

Sendo que q e C têm os mesmos significados já definidos para isoterma de

Langmuir e Keq e n não são constantes que dependem de diversos fatores experimentais

e se relacionam, respectivamente, com a distribuição da capacidade de adsorção dos

sítios ativos e a do adsorvente (CAVALCANTE JR., 1998).

Isoterma de Langmuir-Freundlich

Este modelo une a equação de Langmuir com o modelo de potência de

Freundlich, para tentar representar da melhor forma os dados experimentais.

33

A interação contaminante/adsorvente pode ser descrita pela Equação 5

nAA

nAA

satA

A

CK

CK

q

q

+=

1 (5)

Onde: qA é a capacidade de adsorção;

CA a concentração de contaminante no meio;

qA sat a capacidade de adsorção de saturação;

KA a constante de equilíbrio da adsorção;

n a ordem do sistema.

Linearizando-se a equação de equilíbrio, obtém-se a Equação 6:

satA

nA

satAAA qCqKq

1111+

=

(6)

Então, plotando o gráfico de 1/qA versus 1/CA, obtém-se o valor de 1/qAsat e o

valor de 1/KAqAsat será dado pela inclinação da curva.

2.6.5.2. Aplicações da Adsorção

Dentre os tratamentos utilizados para remover compostos orgânicos

recalcitrantes do lixiviado, a adsorção é o mais largamente empregado (FETTIG, 1999;

RODRIGUEZ, 2004).

O carvão ativado é o adsorvente mais comumente usado por ser capaz de reduzir

em 90% DBO numa faixa de 940 a 7000 mg/L, embora não seja efetivo para reduzir

nitrogênio amoniacal. Como é necessário uma freqüente regeneração e o alto custo do

carvão pode limitar sua aplicação para tratamento de lixiviados (KURNIAWAN, 2006).

Utilizando o carvão ativado em processos de adsorção obtém-se uma eficiência

significativamente maior do que os processos de coagulação/floculação/sedimentação,

contudo em função da superfície química do carvão ser positiva, a adsorção de corantes

de caráter catiônico é uma limitação bastante importante (AL-DEGS, 2000).

34

Baseado em dados coletados da literatura foi elaborada a Tabela 4, que apresenta

um resumo de diversas pesquisas envolvendo adsorção de corantes em diversos tipos

adsorventes, onde obtem-se o valor de q entre 1,09 e 434,78 mg/g.

Tabela 4. Adsorção de diversos corantes em vários adsorventes

Adsorvente Adsorbato q Max (mg/g)

Referência

Casca de Coco (ativado) Azul de Metileno

434,78 TAM et al (2008).

Rejeitos na fabricação de alumina

Remazol Amarelo

14,59 RUTZ al (2008).

Argila esmectita in natura Indanthrene Blue RS (CI Vat Blue)

13,92 CHAARI et al (2009)

Argila esmectita ácido ativada

Indanthrene Blue RS (CI Vat Blue)

17,85 CHAARI et al (2009)

Casca de nozes brasileiras Índigo Carmin 1,09 BRITO et al (2010) Cinzas de carvão contendo

SiO2, Al2O2, Fe2O3, CaO

Ácido Blue 193 10,331 SUN et al (2010)

Carvão ativado da casca da durian

Basic verde 4 312,5 OZCAN A.S. e OZCAN A. (2005)

Bentonita ácido-ativada Nylosan Blue 294

119,1 OZCAN A.S. e OZCAN A. (2004)

Sepiolite Nylosan Red 57 425,0 OZCAN A.S. e OZCAN A. (2005)

Mesocarpo de coco verde Remazol Black B

2,93 LEAL, C.C. A., 2003

Carvão Comercial Remazol Black B

1111 AL-DEGS et al, 2000

Terra de filtro usada (cake)

Remazol Black B

0,98 SILVA, T.C., 2008

2.6.5.3. O Adsorvente

O adsorvente é uma variável crítica num processo de adsorção. Um bom

processo de adsorção deve ter por base um bom mecanismo de equilíbrio, tal como um

bom mecanismo cinético, ou seja, deve reter o máximo de fluido no seu interior no

menor espaço de tempo possível.

Para satisfazer estes requisitos o adsorvente deve:

35

• Conter uma grande área superficial (volume microporoso);

• Ter uma larga rede interna porosa de forma a conduzir o fluido o mais

rapidamente possível para o seu interior.

A classificação dos poros recomendada pela IUPAC é: Microporos d < 2 nm

Mesoporos 2 < d < 50 nm Macroporos d > 50 nm (SHAVOONG, 2007).

Neste trabalho, procurou-se utilizar um adsorvente barato, como é o caso das

argilas do bota-fora do Araripe, que é um passivo ambiental. Os processos físico-

químicos, além de serem processos caros, dependendo da composição e concentração

dos efluentes, podem ser ineficientes.

O interesse no uso de argilas minerais como adsorventes vem crescendo

significativamente devido ao seu baixo custo, abundância, alta sorção e potencial de

troca de íons, tornando estas argilas materiais interessantes para o uso como adsorventes

(GIL et. al., 2011).

2.6.5.4. Interação Argila x Corante

Alguns estudos baseados principalmente em medidas espectrofotométricas,

procuram determinar propriedades específicas, tais como a capacidade de troca

catiônica (CTC) e a área superficial das argilas (CARDOSO, 1996; FERREIRA et al,

1974).

Pesquisas comprovaram que as propriedades espectrofotométricas dos sistemas

contendo argilas e corantes catiônicos podem mudar significativamente com o tempo

(CARDOSO, 1996; GESSNER et al, 1994; CAVALHEIRO, 1995).

Estas variações, tem sido interpretadas em termos dos processos de adsorção e as

evoluções das moléculas dos corantes nos diferentes sítios das argilas. Argilas de vários

tipos têm sido utilizadas pois possuem características bastante interessantes como

diferentes tamanhos de partícula, diferentes densidades de carga, etc.

Quando dispersas em água, estas argilas podem formar tactóides cujos espaços

interlamelares ficam disponíveis para a intercalação de moléculas orgânicas. Os sítios

de adsorção estão localizados tanto nas superfícies externas como nas superfícies

internas das partículas de argila.

36

Na Figura 11 é possível visualizar o esquema dos processos que ocorrem quando

corante é agregado a uma suspensão de argila.

Figura 11. Esquema da agregação de corante na superfície da argila. Fonte: Neumann et al, 2000 com modificação.

2.7. Planejamento Fatorial

O planejamento fatorial permite a combinação de diversas variáveis

independentes em todos os níveis o que permite analisar particularmente uma variável

comparando-a a todas as demais. É a única maneira de prever interação entre os fatores

(CALADO et al., 2003).

Este planejamento é representado por Nk onde:

• N – nível e

• k – número de fatores.

Um planejamento fatorial de dois níveis e seis fatores é representado por 26. Os

fatores são as variáveis que serão estudadas. O uso de planejamentos experimentais,

principalmente os planejamentos fatoriais, permite estudar e representar um processo

utilizando-se um modelo matemático obtido através de ferramentas estatísticas. A partir

do modelo, pode-se então construir superfícies de resposta para analisar efetivamente os

efeitos das variáveis envolvidas no processo bem como, para a otimização do mesmo.

Os planejamentos experimentais são necessários para estudar os efeitos de interação dos

fatores sobre a resposta (OLIVIER et al, 2007).

37

O planejamento experimental relaciona as variáveis em estudo de maneira

sistemática, proporcionando a obtenção das respostas desejadas com um mínimo de

tempo, fator imprescindível para o bom andamento da pesquisa (OLIVIER et al, 2007).

Visando-se ter uma idéia dos possíveis efeitos de fatores experimentais

facilmente controláveis no procedimento, tais como tempo e velocidade de coagulação e

de floculação, tempo de decantação e concentração do leite de cal sobre as variáveis

turbidez e cor no tratamento do lixiviado, optou-se, como auxílio desse estudo, pela

utilização da técnica de planejamento experimental. No entanto, para proceder à seleção

das variáveis, podem-se realizar experimentos por meio de alguns tipos de

planejamentos de experimentos encontrados na literatura, dentre eles o planejamento

fatorial 2n e o planejamento fatorial fracionado 2n-p (MONTEVECHI et al 2006).

2.7.1. Planejamento Fatorial Fracionário

Quando existe um grande número de fatores a serem analisados, torna-se

inviável a utilização de um planejamento fatorial experimental, portanto uma das

soluções para suprir essa limitação é construir e planejar experimentos utilizando-se a

técnica de confundimento ou as técnicas de experimentos fatoriais fracionados 2k-p. Essa

é uma técnica de planejamento utilizada para acomodar um experimento fatorial

completo em blocos, onde o tamanho do bloco é menor que o número de tratamentos de

uma réplica.

Segundo BARROS NETO et al (2003), ALMEIDA FILHO (2006) e CALADO

et al (2003), o número de ensaios necessários para se fazer um planejamento fatorial 2k

completo aumenta com o k. Porém, em alguns casos, a informação desejada poderá ser

obtida a partir de um número de ensaios bem reduzido, correspondente a uma fração do

número de ensaios do planejamento completo. O que poderá ocorrer por dois motivos:

o número de interações de ordem alta aumenta drasticamente com o número de fatores e

o segundo motivo é que quando o número de fatores aumenta, cresce a possibilidade de

que um ou mais destes fatores não afetem significativamente a resposta, seja por meio

de efeitos principais ou por efeitos de interação. Estas interações, na maioria dos casos,

têm valores pequenos e são sem importância prática.

38

Para não excluir fatores que podem vir a ser importantes, deve-se estudar o

maior número de variáveis. Isto pode ser feito sem que haja o aumento do número de

ensaios utilizando planejamentos fracionários ao invés de fatoriais completos

(BARROS NETO, 2003). O principal uso deste tipo de planejamento, é selecionar

quais fatores tem maiores efeitos (CALADO et al., 2003).

39

CAPÍTULO 3 - ARTIGO SOBRE A COAGULAÇÃO DE LIXIVIADOS

ESTUDO DA INFLUÊNCIA DAS VARIÁVEIS NO PROCESSO DE

COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO/DECANTAÇÃO DE LIXIVIADOS DE

ATERROS SANITÁRIOS URBANOS

RESUMO

A disposição desordenada de resíduos a céu aberto pode gerar impactos ambientais e sociais de grande porte. Para lixiviados de aterros sanitários, utilizam-se normalmente métodos biológicos e físico-químicos. A precipitação química utilizando hidróxido de cálcio vem sendo empregada com grande eficácia no tratamento de efluente com elevadas concentrações de compostos orgânicos e metais pesados. O lixiviado utilizado neste trabalho foi coletado na caixa de vazão do aterro de Muribeca, localizado na cidade de Jaboatão dos Guararapes – PE. Utilizou-se como coagulante hidróxido de cálcio comercial em solução aquosa. Foi montado um planejamento fatorial fracionário seguido de um planejamento completo 24. Para o ponto ótimo, obteve-se redução da cor de de 52% e uma turbidez NTU dentro dos padrões estabelecidos na Resolução CONAMA 357 e 430.

PALAVRAS-CHAVE: Aterro Sanitário; Lixiviados; Coagulação; Floculação.

1.0. INTRODUÇÃO

Todo resíduo que é gerado, precisa ser tratado ou disposto em algum local, e as

formas de disposição final dos resíduos domésticos pode variar, sendo os mais

empregados no Brasil os lixões e os aterros. Em 2009, foram coletadas

aproximadamente 161.084 t/dia de resíduos sólidos urbanos, das quais cerca de 91.524t

foram depositados adequadamente em aterros sanitários e 69.560 t/dia tiveram

disposição inadequada, sendo estimado 38.459 t/dia depositados em aterros controlados

e 31.101 t/d em lixões (ALEGRIA, 2010).

40

O chorume é uma substância líquida resultante do processo de putrefação de

matérias orgânicas. É viscoso e possui um cheiro muito forte e desagradável enquanto

os lixiviados são o resultado da percolação de água, através da massa de resíduos,

acompanhada de extração de materiais dissolvidos ou em suspensão, na maior parte das

vezes formam-se a partir de água com origem em fontes externas tais como a chuva,

escoamentos superficiais, águas subterrâneas ou águas de nascente e da decomposição

dos resíduos.

Para tratar o lixiviado, pode-se utilizar os métodos biológicos e físico-químicos.

O tratamento físico-químico é normalmente utilizado como um pré-tratamento,

aumentando a biodegradabilidade da matriz ou polimento final, por meio de remdiação

de parâmetros que não são alcançados pelos tratamentos biológicos (MORAIS, 2005).

O método físico-químico visa proporcionar um pré-tratamento ou a diminuição dos

parâmetros como por exemplo cor e turbidez, que são objeto de estudo deste trabalho.

Os perigos dos lixiviados, são devidos às altas concentrações de poluentes

orgânicos e nitrogênio amoniacal. Agentes patogênicos e substâncias químicas tóxicas

podem estar presentes (LANG, 2009).

Dentre os métodos físico-químicos, um processo simples e de baixo custo que

vem sendo utilizado é a precipitação química a partir do hidróxido de cálcio diluído em

várias concentrações. Este método vem apresentando grande eficácia no tratamento de

efluentes com elevadas concentrações de compostos orgânicos e metais pesados.

No tratamento do lixiviado de aterros sanitários antigos, estes processos tem se

mostrado eficientes. Tem sido largamente utilizados no pré-tratamento obtendo

melhores resultados que nos tratamentos biológicos ou por osmose reversa. Ainda

podem ser utilizados com um polimento final ao pré-tratamento para remoção da

matéria orgânica não biodegradável (RENOU, et al, 2008).

Os processos de Coagulação-floculação desestabiliza as partículas coloidais pela

adicção do coagulante. Para aumentar o tamanho da partícula, o processo da coagulação

é seguido normalmente pela floculação das partículas instáveis, onde há formação de

41

flocos volumosos por agruparem-se mais facilmente. Esta técnica facilita a remoção de

sólidos suspensos e partículas coloidais da solução (KURNIAWAN, 2009).

AMOKRANE et al. (1997) utilizaram sais de ferro e de alumínio no tratamento

de lixiviados com baixa relação DBO5/DQO, obtendo eficiências de até 65% na redução

DQO e de carbono orgânico total.

BILA (2000), tratando lixiviados por coagulação com Al2(SO4)3, FeCl3, Tanfloc

SG, Cloralfloc 18 alcançou eficiências de 40%, 43%, 37% e 26%, respectivamente, na

redução de DQO. Já TREBOUET et al. (2001), na França, utilizaram a nanofiltração

seguida de coagulação química, e obtiveram uma remoção de DQO entre 70 a 80%,

enquadrando o lixiviado tratado nos padrões de lançamento da França.

A eficiência do processo de coagulação/floculação depende de fatores como:

natureza e dose do coagulante, idade do lixiviado, uso do processo como etapa de pré ou

pós-tratamento e pH (RENOU et al., 2008).

Vários autores (THORNTON & BLANC (1973), HO et al. (1974), KEENAN et

al. (1984), SLATER et al. (1983) e MILLOT (1986) apud AMOKRANE et al. (1997))

afirmam que a cal é o reagente mais utilizado na precipitação química, requerendo,

geralmente, entre 1 a 15 g/L de cal no tratamento de lixiviado de aterros. As principais

vantagens da aplicação de hidróxido de cálcio (cal hidratada) na precipitação química

incluem: Disponibilidade do reagente em muitos países; Não contribui para o aumento

da salinidade, como é o caso quando se emprega sais de alumínio ou ferro; Baixo custo

e simplicidade do método.

RENOU et al. (2008) afirmaram que o tratamento com cal age

preferencialmente em compostos orgânicos de alto peso molecular, essencialmente

ácidos húmicos contidos nos lixiviados estabilizados.

Segundo RENOU et al. (2009), o tratamento de lixiviado por precipitação

química com cal elimina a maioria das macromoléculas orgânicas nos primeiros

momentos da reação. Eles citam que quase 91% da remoção total da matéria orgânica

42

ocorre durante os primeiros 30 segundos e mais de 99% foram eliminados no final da

mistura rápida (5 min).

GIORDANO (2003) afirma que a redução da concentração de matéria orgânica

está relacionada à precipitação de sais orgânicos e, em menor proporção, à

desestabilização de colóides. Este fato é corroborado por com HONG & ELIMELECH

(1997), ao afirmarem que ao contrário dos cátions monovalentes, cátions divalentes

interagem especificamente com a matéria orgânica e formam complexos de metais

húmicos. GIORDANO (2003), cita ainda que “que nesses casos o que acontece é um

aumento do peso molecular, que praticamente dobra e o novo composto perde a

capacidade de dissolução pois os sítios ativos ficam ocupados pelo cátion divalente.

O presente trabalho objetiva-se a otimizar as variáveis através de um

planejamento experimental, por meio de um planejamento fatorial fracionado, seguido

de um planejamento fatorial completo 24 para determinar as melhores condições para

tratamento do chorume.

2.0. MATERIAIS E MÉTODOS Para os ensaios de coagulação foi utilizado o lixiviado proveniente do aterro da

Muribeca (Jaboatão dos Guararapes – PE).

O aterro controlado da Muribeca, que até 2009 recebeu todo lixo das cidades de

Recife e Jaboatão dos Guararapes, possui uma área de 64 ha e localiza-se a 16 km da

Cidade do Recife.

Foi o maior aterro em operação na Região Metropolitana do Recife de 1985 até

meados de 2009, estando atualmente fechado pare receber resíduos, teve seu processo

de recuperação iniciado em 1994 com a construção de 9 células revestidas por uma

camada de solo impermeabilizante onde é depositado e compactado o lixo (BRAGA et

al, 2002).

43

A coleta do lixiviado foi realizada na caixa de vazão localizada entre a lagoa de

decantação e lagoa anaeróbica da Estação de tratamento de Lixiviados da Muribeca. O

lixiviado coletado em bombonas de polietileno com capacidade de volume de 20 litros

foi conservado sob refrigeração até a sua utilização.

Para as análises de caracterização do lixiviado foi seguida a metodologia

Standart Methods for Examination of Water and Wastewater. Na Tabela 1 são

apresentadas as referências dos métodos utilizados. Para medição de DBO e DQO foi

utilizado um bloco digestor (termoreator) da marca VELP Scientifico (modelo FTC 90).

Tabela 1 – Análises realizadas para caracterização do lixiviado.

O tratamento do lixiviado foi realizado, utilizando como coagulante hidróxido de

cálcio diluído com água destilada em diversas concentrações, recebendo denominação

de “leite de cal”.

As soluções de cal (leite de cal), foram preparadas dissolvendo 50, 125 e 200g

de cal em 1000 mL de água destilada (C = 50g/L ou 5%; 125g/L ou 12,5% e 200g/L ou

20%). Em seguida foram adicionados 50mL do leite de cal em 450 mL do lixiviado,

44

compreendendo um volume final de 500 mL no jar test. Assim, tem-se para cada litro de

lixiviado massas de 5,5; 13,75 e 22,22 g de cal/L de lixiviado para as concentrações de

leite de cal de 50, 125 e 200g/L respectivamente.

O leite de cal utilizado foi preparado a partir da cal comercial (Qualical®) que

de acordo com LINS, em 2011, é a cal mais apropriada ao pré-tratamento dos

lixiviados, pelo seu alto grau de pureza e um baixo custo, (cerca de R$ 0,40/ kg).

O hidróxido de cal utilizado foi analisado no NEG LABISE /UFPE (Núcleo de

Análises Geoquímicas do curso de geologia da Universidade Federal de Pernambuco).

As análises foram realizadas pulverizando-se a cal a partir de mortar de ágata,

seguindo para estufa a 110ºC para eliminar umidade e posteriormente foi levada à mufla

a 1000ºC/2h para determinação da perda ao fogo.

A amostra seca foi prensada numa prensa hidráulica à pressão de 25 toneladas,

formando pastilhas.

Para análise química foi utilizado um espectrofotômetro de fluorescência de raio

X Rigaku modelo R1X 3000, equipado com tubo de Rh.

2.1. Planejamentos Experimentais

Para se avaliar a influencia das variáveis experimentais experimentais

controláveis no processo de coagulação-floculação, foram definidas como variáveis de

entrada para o primeiro planejamento o tempo e a velocidade de coagulação e de

floculação, tempo de decantação e concentração do leite de cal sobre as variáveis

turbidez e cor.

45

Devido ao grande número de fatores a serem analisados (6), tornou-se inviável, a

utilização de um planejamento fatorial experimental completo, portanto uma das

soluções pra suprir esta limitação, foi construir e planejar experimentos utilizando-se a

técnica de confundimento ou as técnicas de experimentos fatoriais fracionados 2n-p.

Através de um planejamento fatorial fracionado é possível analisar os efeitos

sobre uma resposta de interesse, realizando-se apenas uma parte dos ensaios

experimentais sem comprometer significativamente a precisão das conclusões

decorrentes da análise de resultados. Simultaneamente, os custos e o tempo de duração

dos ensaios são significativamente reduzidos (CALADO, 2003).

As variáveis selecionadas e seus respectivos níveis estão descritos na Tabela 2. Tabela 2 – Níveis das variáveis do planejamento fatorial experimental fracionário. Variáveis/ Níveis

Tc (seg)

Vc (rpm)

Tf – (min) Vf (rpm) Leite de Cal (g/L)

Td – (min)

-1 10 80 2 20 50 30 0 30 95 4 40 125 60

+1 50 110 6 60 200 120 *Tc: Tempo de coagulação; Vc: Velocidade de coagulação; Tf: tempo de floculação; Vf: velocidade de floculação; Td: tempo de decantação;

Através do planejamento fatorial fracionado foi possível identificar a velocidade

de floculação e os tempos de decantação, coagulação e floculação como as variáveis

mais importantes do modelo, nos níveis estudados, de modo a reduzir o espaço de busca

da etapa de otimização.

Baseado nos resultados obtidos no primeiro planejamento procedeu-se a

otimização do processo de coagulação/floculação/decantação empregando-se na

segunda etapa da metodologia experimental fatorial completo 2k, com apenas as quatro

variáveis selecionadas. e as quais foram positivamente significantes no primeiro estudo.

Os valores das variáveis nos três níveis foram mantidos e para as demais foram

tomados os valores máximos.

46

Os ensaios de otimização da dosagem de leite de cal foram realizados em Jar

Test, Figura 1, (modelo JT- 203). Foram utilizados, no equipamento, 6 béqueres com

capacidade de um litro, como reatores.

Figura 1 - Equipamento jar test utilizado nos ensaios de otimização para precipitação

química

O objetivo da utilização do jar teste nos ensaios foi simular, em escala de

laboratório, as condições físicas de precipitação química que mais se aproxime da

realidade.

Em cada béquer (reator) foi adicionado lixiviado numa escala de 1:10 em

relação ao leite de cal, ou seja utilizou-se 450 mL de lixiviado para 50 mL de leite de

cal.

Decorridos os tempos de coagulação e floculação de cada ensaio, as amostras

foram postas em repouso para decantação pelo tempo determinado no planejamento

experimental. Os dados foram analisados no software statistica versão 6.0.

A turbidez foi determinada na unidade NTU utilizando para isto, turbidimetro de

marca Merk (modelo: Turbiquant 1000 IR).

A determinação da cor foi realizada utilizando-se o colorímetro MERK

spectroquant modelo Nova 60.

47

3.0. RESULTADOS E DISCUSSÕES

O lixiviado utilizado, coletado na entrada da Estação de Tratamento de Chorume

(ETC) do aterro controlado da Muribeca no dia 20 de setembro de 2010, foi analisado

sob diversos parâmetros, a fim de caracterizar a sua composição.

Os resultados obtidos podem ser observados na Tabela 3.

Tabela 3 – Caracterização do lixiviado utilizado nos ensaios.

PARÂMETROS Setembro/2010 PARÂMETROS Setembro/2010 DBO (mg/L) 1510,0 COR (Hazen)* 5550,0/5460,0 DQO (mg/L)* 2822,0/2822,0 CLORETOS (mg/L) 670,0 DBO/DQO (mg/L) 0,4075 SULFETOS (mg/L) 0,20 SÓLIDOS TOTAIS (ST) (mg/L)*

8840,0/8728,0 FÓSFORO TOTAL (mg/L)

10,75

SÓLIDOS TOTAIS VOLÁTEIS (STV) (mg/L)*

2102,0/2038,0 TURBIDEZ (NTU)* 33,10/33,05

STV/ST (mg/L)* 0,2377/0,2335 ALCALINIDADE TOTAL (mg/L CaCO3)*

8516,0/8600,0

SÓLIDOS DISSOLVIDOS TOTAIS (STD) (mg/L) *

8168,0/8064,0 CONDUTIVIDADE (mS/cm)

22,51/22,76

SÓLIDOS DISSOLVIDOS VOLÁTEIS (SDV) (mg/L)*

1654,0/1562,0 NITROGÊNIO AMONIACAL (MG/L)*

2350,0/2380,0

SDV/SDT (mg/L)* 0,2025/0,1937 FERRO (mg/L) 7,325 SÓLIDOS SUSPENSOS TOTAIS (SST) (mg/L)*

672,0/664,0 MANGANÊS (mg/L) 3,575

SÓLIDOS SUSPENSOS VOLÁTEIS (SSV) (mg/L)*

448,0/476,0 CROMO (mg/L) 0,575

SSV/SST (mg/L)* 0,6666/0,7168 ZINCO (mg/L) 4,625 pH* 8,37/8,31

*Medições realizadas em duplicata.

Como pode ser observado através da Tabela 3, o licxiviado apresenta uma

característica de baixa DQO, e boa degradabilidade (relação DBO/DQO de 0,4). Em

relacao aos sólidos verifica-se, pela relação STV/ST que cerca de 76% são de origem

inorgânica (Sólidos fixos). Ele apresenta uma elevado concentração de nitrogênio

amoniacal e um pH ligeiramente alcalino. Dentre os metais consta-se alta concentração

de ferro e magnésio oriundo, possivelmente, do solo que tem alta concentração destes

metais.

48

Após a caracterização do lixiviado, foi realizada análise da cal utilizada na

pesquisa. A Tabela 4 apresenta os resultados de sua caracterização.

Tabela 4 - Caracterização da cal utilizada na pesquisa.

Parâmetro % Parâmetro % CaO 75,02 Al2O3 0,05 K2O 0,05 SrO 0,34 SiO2 0,23 MnO 0,02 P2O5 0,2 PF 23,91 Fe2O3 0,18 Total 100

Fonte: LINS (2011).

A NBR 6473/2003 especifica que a cal hidratada deve conter um mínimo de

67% de CaO e no máximo 3% de MgO, estando portanto a cal fornecida pela Qualical

dentro dos padrões estabelecidos pela norma. As analises demonstraram que esta cal

apresenta teor de impurezas de aproximadamente 0,66%.

3.1. Planejamento Experimental Fracionário

Para a análise estatística dos resultados obtidos nesse trabalho considerando-se

um nível de significância (α) igual a 5%, sendo portanto a confiabilidade dos resultados

de 95%.

A partir da análise estatística foi inicialmente plotado o gráfico de Pareto

(Figura 3) para as variáveis de resposta turdibez e cor. Quase todas as variáveis isoladas

apresentaram influencia estatisticamente significativa, ao nível de 95% de confiança, de

valores significativos no processo, conforme pode ser observada na Figura 2 para os

parâmetros que se localizam à direita da linha tracejada (p = 0,05). A única exceção foi

a concentração de cal para resposta turbidez (Figura 2A).

Para resposta cor (Figura 2B), a interação entre os fatores tempo de coagulação

(Tc), e velocidade de floculação (Vf), representado no gráfico de Pareto como 1 by 4,

49

foi o que apresentou maior efeito significativo seguido da concentração de cal (Ccal),

que foi a segunda mais representativa, enquanto que a velocidade de coagulação não

apresentou efeito significativo para esta resposta e dentro dos níveis estudados.

Figura 2 – Avaliação da significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas

no processo de otimização do planejamento fracionado através do gráfico de Pareto para a turbidez (A) e cor (B).

Após realizar uma triagem dos fatores com efeito significativo, uma análise de

superfície de resposta foi realizada. Os níveis dos fatores escolhidos foram ajustados,

baseados nos experimentos do planejamento fracionado descritos acima.

As informações obtidas após a construção de superfícies de resposta também

foram utilizadas na interpretação dos resultados.

Através das superfícies de resposta, representados pelas Figuras 3 e 4 é possível

observar graficamente as interações das variáveis Ccal e Vc sobre a turbidez e a cor.

A região de menor valor de cor foi alcançada para níveis superiores da variável

independente Ccal e com pouca significância da velocidade de coagulação. No caso da

turbidez houve discreta influencia para menores valores de Ccal e valores maiores de

Vc. Portanto utilizou-se Ccal 200g/L e Vc 110 rpm.

A B

50

Figura 3 – Efeito do leite de cal e da velocidade de floculação sobre a turbidez .

Figura 4 – Efeito do leite de cal e da velocidade de floculação sobre a cor (x10).

51

Subseqüentemente visando realizar um estudo integral da influência das

variáveis independentes sobre a turbidez, valores experimentais e preditivos foram

comparados com auxílio do software statistica versão 6.0.

3.2. Planejamento Experimental Fatorial 24

Considerando as informações da análise estatística realizada na primeira etapa

(planejamento fracionado), identificou-se 4 das 6 variáveis de entrada que tiveram um

nítido efeito sobre as variáveis respostas, portanto um novo experimento foi planejado.

Nessa fase foi utilizada a técnica de planejamento fatorial completo24.

Com os resultados obtidos nesta segunda etapa foi plotado um novo gráfico de

Pareto (Figura 5) para as variáveis resposta turbidez e cor.

Analisando a Figura 5 verificou-se que a variável velocidade de floculação (Vf)

foi o fator que apresentou maior importância significativa sobre as respostas turbidez

(Figura 5A) e cor (Figura 5B) .

Figura 5 – Avaliação da significância dos efeitos das variáveis independentes estudadas no processo de otimização do planejamento fatorial 24 através do gráfico de Pareto para

a turbidez (A) e cor (B).

A B

52

O valor negativo do seu coeficiente (t-student) significou que menores faixas de

turbidez e remoção de cor foram encontradas para valores elevados de velocidade de

floculação.

Observa-se também através da Figura 5B que os efeitos principais de todas

variáveis independentes e as interações entre elas apresentaram efeitos estatisticamente

significativos tendo como resposta a variável cor.

Observou-se influência estatisticamente significativa ao nível de 95% de

confiança da variável velocidade de floculação, tempo de coagulação e tempo de

floculação, bem como a interação entre as variáveis tempo de floculação e tempo de

decantação, sendo os efeitos mais representativos para a resposta turbidez.

Através da Figura 6 pode-se observar que os menores valores de turbidez e de

cor são obtidos com velocidades de floculação no nível superior, todavia para a remoção

de cor um tempo maior favorece, o que não ocorre para a remoção de turbidez. Este fato

pode ser devido à um maior tempo promover uma desagregação do floco.

Figura 6 – Efeito do tempo (TF) e da velocidade (VF) de floculação sobre a turbidez

(A) e a cor (x10)(B)

A partir da Figura 7, constata-se que a diminuição do tempo de coagulação

favorece de forma mais intensa a remoção de cor que a remoção da turbidez, este fato

A B

53

pode ser devido ao tempo do nível inferior já ser suficiente para a dispersão do

coagulante.

Figura 7 – Efeito do tempo de coagulação (TC) e da velocidade de floculação (VF) sobre a turbidez (A) e sobre a cor (x10)(B). Fazendo uso do planejamento fatorial para o tempo de floculação de 6 minutos e

solução mãe de leite cal de concentração 200g/L, obteve-se remoção de cor do

lixiviado de mediana biodegradabilidade de 5.505 Hz para 2.660, significando

aproximadamente 52% de redução, resultados superiores ao de LINS (2011) que

utilizando um tempo de floculação semelhante de 5 minutos e uma solução mãe de

concentração 150g/L conseguiu reduzir a cor de 6.410 para 5.370, significando cerca de

16% de remoção para o chorume de mediana biodegradabilidade.

SANTANA-SILVA (2008), utilizando a cal hidratada sólida numa concentração

de 35g/L dissolvida diretamente no lixiviado, obteve redução de 8435 para 2970 Hz,

significando cerca de 64% de remoção de cor.

Para turbidez, partiu-se de um valor de 33,10 NTU para 28 NTU demonstrando

uma redução em torno de 9% estando dentro dos padrões estabelecidos na resolução

CONAMA 357/1995, enquanto LINS (2011) conseguiu reduzir com tempo de

floculação de 5 minutos de 172,3 para 103,4 aproximadamente 40% de remoção.

A Figura 8 mostra o lixiviado bruto (B) no centro da figura, o lixiviado após a

coagulação/floculação com leite de cal 50 g/L (A) e o lixiviado tratado com 200 g/L

(C) a 10% em volume.

A

B

54

Figura 8 - Foto do lixiviado bruto (B) e após tratamento com 5,55g de cal por litro

(lixiviado A) e 22,22g de cal por litro (lixiviado C).

4.0. CONCLUSÕES

Empregando-se a técnica de planejamento experimental para tratamento de

lixiviado por coagulação/floculação/decantação foi possível determinar as condições

ótimas de tempo de coagulação, de floculação e de decantação assim como velocidade

de floculação e de coagulação e quantidade de leite de cal. Percebeu-se que com valores

superiores estudados das variáveis independentes como a velocidade de floculação e

inferior para o tempo de coagulação é possível obter nível de turbidez e cor menores.

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A B C

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57

CAPÍTULO 4 - ARTIGO SOBE ADSORÇÃO DE CORANTES

DE UM PÓLO À OUTRO: ADSORÇÃO DE CORANTES DO PÓLO

TÊXTIL EM RESÍDUO ARGILOSO DO PÓLO GESSEIRO.

RESUMO Com objetivo de encontrar um adsorvente barato, utilizou-se as argilas do bota-fora do pólo gesseiro do Araripe nos processos físico-químicos para adsorver corantes utilizados pelas lavanderias no pólo do jeans, localizado na cidade de Toritama. É de grande importância maneiras alternativas para tratar resíduos, fazendo uso de novos tipos de adsorventes. Neste trabalho as argilas utilizadas tratam-se de um passivo ambiental da mineração da gipsita. Foi realizada a adsorção em solução aquosa do corante ácido nylosan azul brilhante e do corante reativo azul anil op, utilizando argila in natura e termicamente tratada a 600ºC, numa granulometria de 14 mesh/Tyler. Foi elaborado planejamento fatorial experimental 2³ para definição de temperatura, agitação e massa de adsorvente. Os melhores resultados foram obtidos utilizando-se 30ºC, 0,5g de argila e 250 rpm de agitação. A partir de um estudo cinético, foi encontrado o tempo de equilíbrio de 90 minutos para ambos os corantes. Para o Nylosan o modelo que melhor se ajustou foi o de Langmuir (q = 1,65mg/g) alcançando percentual de 89,04% de remoção e para o Corante azul anil op o melhor ajuste ocorreu no modelo de Langmuir-Freundlich (q = 65,79mg/g) removendo em torno de 99,72% do corante. A argila mostra afinidade pelos corantes estudados, sendo eficaz ao tratamento. Palavra-chave: adsorção;argila; corante têxtil;pólo gesseiro; pólo do jeans;

1. INTRODUÇÃO

O município de Toritama encontra-se localizado no agreste setentrional de

Pernambuco a 167 Km do Recife e a 36 Km de Caruaru. Apesar de ser um município

pequeno, possui como principal atividade a indústria de confecções de roupas e

lavanderias industriais, seu centro comercial é o parque das feiras.

Mesmo sendo um município pequeno, é responsável por 14% da produção

nacional de jeans no País, com cerca de 2 milhões de peças/ano, perfazendo um

montante de 6 milhões de reais/ano, o que qualifica o município com taxas de

desemprego próximas a zero (FADE, 2003).

A atividade de lavagem do jeans é responsável pelo maior problema de poluição

observado nesta região, sendo caracterizada a geração de poluentes hídricos,

58

proveniente da etapa de tingimento das peças de jeans, o que possui um potencial

poluidor elevado (SILVA, 2005).

Os efluentes dessas indústrias causam destruição à vida aquática quando

lançados nos rios sem tratamento adequado. Estima-se que pelo menos 20% dos

corantes têxteis sejam descartados em efluentes, devido a perdas ocorridas durante o

processo de fixação da tintura às fibras (CLAUSEN; TAKASHIMA, 2007).

Na maioria das tinturarias e lavanderias industriais do município de Toritama,

não há um sistema de tratamento adequado de acordo com a legislação vigente aos

efluentes e ao despejarem a água residuária do processo de beneficiamento de

confecções nos rios acabam cometendo infração ambiental (SALGUEIRO et al., 2007).

Efluentes com corantes são um dos efluentes mais difíceis de serem tratados

devido a elevada concentração de matéria orgânica (expressa em termos de DBO e

DQO), de sólidos suspensos e de compostos tóxicos, além da fácil identificação do

descarte pela sua cor (WESEMBERG et al., 2003).

Os corantes lançados no meio ambiente são tóxicos à vários organismos, e afeta

o ecosistema principalmente pelo bloqueio da luz solar que causa uma redução na

produção de oxigênio pela fotossíntese das algas e plantas presentes no corpo hídrico

(BANAT et al., 1996; AKSU, 2005).

A molécula de corante é constituída por duas partes principais: o grupo

cromóforo, que dá a cor ao composto, e grupos auxiliares (auxocromos), que facilitam a

sua afinidade para o substrato e que são responsáveis pela fixação do corante à fibra,

tecido, couro, cabelo, papel, entre outros, conferindo uma coloração resistente à luz e à

lavagem (GUPTA & SUHAS, 2009). Pelo modo de fixação os principais são: ácidos,

reativos, diretos, azóicos, dispersivos, à cuba e pré-metalizados, dos quais os únicos que

não se aplicam à industria têxtil são os pré-metalizados e os básicos (GUARATINI,

2000). Na literatura são encontrados diferentes métodos que são utilizados para tratar

efluentes aquosos coloridos (TUNUSSI & SOBRINHO, 2003; WANG et al., 2003; LU

et al., 2009; KHOUNI et al., 2011; AMAR et al., 2009).

Não existe um método geral para descoloração de efluentes aquosos da indústria

têxtil. A maior parte das indústrias realiza processos de tratamentos fundamentados na

operação de precipitação/coagulação, seguida de ação biológica, principalmente com

lodos ativados (BRUNO, 2008). As técnicas de tratamento fundamentadas em processo

de coagulação seguida por flotação ou sedimentação apresentam elevada eficiência na

59

remoção de material particulado, mas a remoção de cor e de compostos orgânicos

dissolvidos é deficiente (CARVALHO, 2010).

Tabela 1 – Tecnologias de tratamento para remoção de cor envolvendo processos químicos e/ou físicos.

Métodos Químicos

e/ou Físicos Vantagens Desvantagens

Oxidação Processo rápido Alto custo de energia e formação de produtos

Adsorção Boa remoção de corantes

Requer regeneração ou recolhimento do

adsorvente Técnica de Membrana Remoção de todos os

tipos de corantes Produção de lodo

concentrado Coagulação/Floculação Economicamente

viável Alta produção de lodo

Fonte: Oliveira (2003).

Segundo ROZZI et al. (1999), a adsorção é um dos melhores métodos para a

remoção de cor. Estudos recentes têm destacado a eficiência do tratamento de efluentes

têxteis com adsorção em relação a outras técnicas de tratamento.

O termo Adsorção refere-se ao acúmulo de substâncias na interface entre duas

fases: sólido-liquido ou sólido-gás. A substância acumulada na interface é chamada

adsorbato e o sólido onde ocorre adsorção é chamado adsorvente. Ainda que certos

fenômenos associados a adsorção tenha sido conhecidos desde a antiguidade, o primeiro

estudo quantitativo foi relatado por C.W. Scheele in 1773 pela retenção de gases pelo

carvão e por argilas (MANTELL, 1951).

ÖZACAR et al. (2005), TAN et al. (2007) e AL-QODAH (2000) investigaram

a remoção do corante reativo Azul Drim KBL em xisto retortado e concluíram que foi

melhor representada pelo modelo de Langmuir, pois, além de exibir um coeficiente de

correlação próximo de um, observou-se que o aumento da concentração fez com que a

quantidade de corante retida no adsorvente tendesse a um valor máximo.

OLIVEIRA (2003) estudou a remoção do corante Remazol Black B por

adsorção utilizando como adsorventes bagaço de cana-de-açúcar e carvão ativado em

reator batelada. Os dados de equilíbrio foram ajustados ao modelo de Langmuir e

indicaram uma adsorção irreversível do corante. Tendo o carvão ativado apresentado

uma maior capacidade de adsorção.

60

SILVA (2008) estudou a adsorção do corante Solophenyl Turquesa BRLE em

argilas esmectitas. A equação da isoterma de Langmuir foi a que melhor se ajustou aos

dados da adsorção.

A quantidade máxima de corante removida pode variar drasticamente e irá

depender das características químicas e físicas dos adsorventes, pois tais propriedades

estão diretamente relacionadas com os processos de quimissorção e fisissorção do

adsorvato.

As características de cada corante também não podem ser desprezadas no

processo de adsorção. O tamanho destas moléculas possibilita uma difusão apenas

parcial, principalmente em adsorventes com elevada microporosidade (HODA et al.,

2006).

Neste trabalho, procurou-se utilizar um adsorvente barato, como é o caso das

argilas do bota-fora do Araripe, que é um passivo ambiental. Os processos físico-

químicos, além de serem processos caros, dependendo da composição e concentração

dos efluentes, podem ser ineficientes.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1. Corantes

Os corantes utilizados foram o Nylosan Azul Brilhante (Clariant) e o Azul Anil

Op (Trilimp), cujas estruturas estão representadas na Figura 1. O primeiro é um corante

reativo e o segundo um corante ácido.

Figura 1. Estrutura do corante reativo Azul Anil fabricado pela Trilimp e do Nylosan

Azul (B113) Fonte: (PRIGIONE, 2008).

61

Inicialmente foi construída uma curva de calibração, no espectrofotômetro UV-

Vis Genesis 10 da Thermo, para cada um dos corantes. Para tanto foram preparadas

soluções nas concentrações de: 0,1; 0,2; 0,5; 2; 5; 10 e 20 ppm. As soluções foram

preparadas diluindo-se o corante em pó, pesado em balança analítica modelo FA –

2104N (Bioprecisa), em água destilada. A análise dos dados foi feita no software

VisionLite versão 2.0. Todos os ensaios foram realizados em duplicata.

Foi construída também uma curva de calibração para o papel de filtro FMAIA

quantitativo tarja azul, tendo em vista que após a adsorção o material foi filtrado. Esta

curva foi obtida filtrando-se cada uma das soluções nas mesmas concentrações

utilizadas para curva de calibração e medindo-se o novo valor de absorbância no

espectrofotômetro. A partir destes dados pôde-se calcular o fator de correção,

possibilitando assim encontrar o valor real de concentração final.

2.2. O Adsorvente

As argilas foram coletadas em sua forma in natura contendo partes de todas as

camadas do capeamento, que após mineração é denominado “bota-fora”, na frente de

lavra da Mineradora São Jorge, localizada no município de Trindade-PE, Figura 2. Esta

bacia sedimentar faz parte da formação Santana, termo proposto por BEURLEN em

1962, que em 1971 subdividiu a formação Santana nos membros Crato, Ipubi e

Romualdo. O membro Ipubi, que se constitui de gipsita e anidrita, compreende os

evaporitos onde há uma crescente salinidade em função da evaporação progressiva de

um lago interior existente (SILVA, 1983).

Figura 2. Vista da Frente de Lavra (A) e do resíduo da mineração (B).

A B

62

2.3. Cominuição da Argila A argila em sua forma in natura (Figura 3a), foi posta em badejas de alumínio

para secar em estufa de marca Fanem (Figura 3b) a 60 oC por 8 horas. Após secagem as

argilas passaram por um Britador de mandíbulas de 1 eixo, em seguida por um moinho

de rolos DECO fabricado pela DENVER (Figura 3c) a fim de reduzir sua granulometria

e por fim foram amassadas com rolo de madeira (Figura 3d) para sua cominuição.

Figura 3. Argila coletada no bota fora da Mineradora São Jorge em sua forma bruta (a), Estufa onde as argilas foram secas (b), moinho de rolos (c) e rolo de madeira (d) usados

na cominuição da argila.

Após o processo mecanizado de trituração, passou ainda por um processo

manual com a utilização de um rolo de madeira, a fim de reduzir ainda mais sua

granulometria (Figura 2d). Em seguida foram peneiradas em peneiras Gran Test - Bertel

para obtenção das granulometrias de 9, 14 e o passante de 20 mesh/Tyler..

Todo processo de secagem, trituração e peneiramento da argila está representado

pelo fluxograma apresentado na Figura 4.

Figura 4. Fluxograma de Tratamento preliminar e peneiramento da argila.

A B D C

63

2.4. Tratamento da Argila Para cada uma das faixas granulométricas obtidas foi realizado um tratamento

térmico a 200, 400 e 600ºC. Para primeira temperatura, o tratamento foi realizado em

estufa Fanem e para as demais em mufla Quimis Q318M21 por 6 horas. Em seguida

foram realizados ensaios de adsorção para cada um dos corantes.

A adsorção foi realizada a partir dos corantes ácido Nylosan Azul Brilhante e

reativo Azul Anil, na concentração de 10 ppm. Utilizou-se em erlenmeyer de

capacidade 125mL, o volume de 25mL de uma solução de concentração 10 ppm de

corante e 0,5g de argila tratada termicamente pesados em balança analítica Bioprecisa

modelo FA – 2104N. O erlenmayer contendo o adsorvente e o adsorbato foi submetido

a agitação de 450 rpm durante 60 minutos em mesa agitadora Quimis Q225M.

Decorridos os 60 minutos, a solução foi filtrada utilizando funil de vidro e papel

de filtro quantitativo tarja azul de marca FMAIA. Foi feita medição da absorbância do

filtrado no pico do comprimento de onda para calcular o percentual de remoção e

concentração final do corante.

2.5. Caracterização da Argila 2.5.1. Difração de Raios X

A amostra de argila foi seca a 100º C, por período de 48 horas, desagregada

moída em almofariz de porcelana e peneirada em peneira ABNT nº 200 (# 0,074 mm).

A amostra assim preparada foi referenciada como in natura, com o objetivo de torná-la

diferenciada das amostras submetidas a tratamentos químico com etilino glicol e

térmico a 600o C.

A análise por difração de raios X foi realizada em um difratômetro de marca

Rigaku, modelo Ultima, operando com tensão de 40 kV e corrente de 20 mA, utilizando

radiação K-alfa do cobre. As distâncias interplanares, em todos os difratogramas, foram

expressas em ângtrons (Å).

A amostra in natura preliminarmente preparada foi colocada em lâmina de vidro

escavada e submetida à difração de raios X, percorrendo a região entre 2θ = 2o e 2θ =

64

60o (Figura 1). Para a verificação da presença dos argilominerais desses referidos

grupos foram aplicadas técnicas de identificação recomendadas por Souza Santos

(1992). Em sendo assim, foram separadas duas alíquotas da amostra in natura

preliminarmente preparada para a realização de ensaios químico e térmico. Uma das

alíquotas foi mantida em contato com etileno glicol, P.A., durante 24 horas e a outra,

submetida a aquecimento em temperatura de 600 oC. As amostras glicolada e aquecida,

foram submetidas à análise por difração de raios X nas mesmas condições operacionais

definidas para a análise da amostra in natura, com exceção para o caso da amostra

glicolada em que apenas a varredura se processou na região entre 2θ = 2o e 2θ = 15o.

2.5.2. Área Superficial Específica (Método de BET)

A técnica de adsorção e dessorção de gás nitrogênio (N2) é utilizada para a

determinação da área superficial específica por unidade de massa, volume de poros e

tamanho médio de poros. A análise pelo método BET (Brunauer-Emmett-Teller)

consiste na medida da fisissorção (adsorção física) de um gás inerte (N2). O método

baseia-se na determinação do volume de N2 adsorvido a diversas pressões relativas, na

temperatura do nitrogênio líquido (77 K), a pressões relativas (P/Po). Os espectros

foram obtidos em um analisador da marca Micromeritics, modelo ASAP 2010, munido

de software para determinar a área superficial (SBET), porosidade (tipo de poro e

distribuição do tamanho de poro) e volume total de poros (método Barret-Joyner-

Halenda, BJH). As análises foram realizadas no Instituto Tecnológico de Pernambuco

(ITEP). A amostra foi previamente aquecida por 72 h a 150° C para remover umidade e

outros materiais existentes nas áreas superficiais e dos poros.

2.6. Otimização do Processo Adsortivo

Definida a melhor argila in natura ou termicamente tratada em suas diferentes

granulometrias, foi elaborado um planejamento experimental fatorial completo 2³ com

auxílio do software Statistica versão 6.0. Para tanto foram definidas como variáveis a

temperatura durante a adsorção, a massa da argila e a agitação e como variável de

resposta a capacidade de adsorção da argila (q). Os valores máximos, mínimos e ponto

central dos parâmetros experimentais estão dispostos na Tabela 2.

65

Tabela 2. Parâmetros máximos e mínimos para a realização do planejamento experimental.

Massa (g) Agitação (rpm) Temperatura (ºC) (-1) 0,5 50 30

0 1,5 150 50 (+1) 2,5 250 70

O valor de q foi obtido a partir da Equação 1 e da eficiência pela Equação 2.

( )

m

vCCq fi −

= (Equação 01)

( )

100.(%)i

fif C

CCE

−= (Equação 02)

Onde q: quantidade adsorvida (mg do adsorbato/g de adsorvente); Ci: Concentração

inicial da solução (ppm); Cf: Concentração final da solução (ppm); v : Volume da

solução (L) e m: Massa do adsorvente (g).

A adsorção foi realizada nas condições estabelecidas pelo planejamento

experimental em incubadora shaker de marca Marconi e modelo MA420, com volumes

de 50mL em erlenmayers de 250 mL com a concentração do corante de 10 ppm. Após a

realização dos ensaios de adsorção as amostras foram centrifugadas em centrifuga

Quimis, modelo R222T204, numa rotação de 5000 rpm durante 15 minutos para que

fosse separado o material argiloso e o sobrenadante, o qual foi filtrado em papel de filtro

faixa azul. A concentração final do filtrado foi determinada pelo espectrofotômetro UV-

Vis.

2.7. Estudo cinético

Para este estudo utilizou-se uma solução aquosa de 10 ppm de cada corante. Em

frascos erlenmeyers foi pesado meio grama do adsorvente (argila) e adicionados 25 mL

da solução. O frasco contendo a mistura foi submetido a agitação de 250 rpm numa

temperatura de 30ºC. Esta agitação ocorreu em incubadora shaker Incubadora Shaker

66

Marconi MA-420. Após a adsorção centrifugou-se o conteúdo do erlenmeyer a uma

velocidade de 5000 rpm durante 15 minutos, a fim de separar as partículas de argila em

suspensão. O sobrenadante foi filtrado em papel de filtro tarja azul. As concentrações

finais foram medidas através de espectrofotômetro ThermoScientific Genesys UV-10

(Figura 5). As concentrações finais foram corrigidas pelo fator do papel de filtro. Os

tempos de contato variaram de 1 a 120 minutos.

Figura 5. Incubadora Shaker Marconi MA-420

2.8. Estudo de Equilíbrio

O estudo de equilíbrio foi realizado colocando-se sob agitação de 250 rpm em

incubadora shaker MARCONI MA-420, frascos erlenmeyers contendo cada um 0,5 g de

adsorvente e 25 mL de solução aquosa de corante em concentrações variando ente 1 e

100 ppm. Após adsorção a mistura foi centrifugada a 5000 rpm durante 10 minutos,

para então filtrar o sobrenadante em papel de filtro tarja azul. A temperatura utilizada no

ensaio foi de 30ºC (determinado pelo planejamento) e o tempo de contato foi de 90

minutos (determinado pelo estudo cinético). As concentrações finais obtidas foram

multiplicadas pelo fator de correção do papel de filtro. O ajuste dos dados aos modelos

de isotermas de adsorção, para a obtenção dos parâmetros de equilíbrio, foi realizado no

Microsoft Excel 2003.

67

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Tratamento da argila Esta etapa teve por objetivo otimizar as propriedades de adsorção do material

frente às características dos corantes, avaliando também a real necessidade do

tratamento, uma vez que o mesmo irá aumentar os custos do tratamento. Sendo assim,

serão apresentados separadamente os resultados para cada corante.

3.1.1. Corante Ácido Nylosan Azul Brilhante

Utilizando a concentração real de uma solução aquosa 9,98 ppm do corante

Nylosan Azul Brilhante, com uma massa de 0,5g e volume de 25 mL, obteve-se como

resultado soluções de concentração final variando entre 3,54 e 7,23 ppm (Tabela 3).

Desta forma foi obtida uma remoção máxima 64,46% com uma capacidade de

adsorção de 0,322 mg/g. Sendo assim, para este corante, o mais indicado é utilizar a

argila termicamente tratada a 600ºC e granulometria de 14 mesh/Tyler. Todos os

valores finais de concentração foram corrigidos pelo fator de correção do papel de filtro,

obtido através da curva de calibração.

Tabela 3. Resultados finais de concentrações para cada temperatura e granulometria da argila para o Nylosan Azul Brilhante.

In natura 200ºC 400ºC 600ºC 9 mesh/Tyler 6,47 7,23 6,03 4,74 14 mesh/Tyler 6,02 5,01 6,48 3,54 20 mesh/Tyler 6,16 5,66 4,28 4,60

3.1.2. Corante Reativo Azul Anil Op

Utilizando-se 25 ml de uma solução aquosa de 11,26 ppm do corante Azul Anil

op, com 0,5 de argila, o experimento apresentou soluções com concentrações finais

(Tabela 4) variando entre 0,0201 e 0,2398 ppm. Desta forma pode-se definir a utilização

da argila in natura com granulometria 14 mesh/Tyler como adsorvente para este

trabalho. A remoção foi de até 97,87%, com capacidade de adsorção de 0,56 mg/g. As

68

concentrações finais obtidas foram corrigidas pelo fator de correção do papel de filtro

obtido através da curva de calibração.

Tabela 4. Resultados finais de concentrações para cada temperatura e granulometria da argila para o corante Reativo Azul Anil Op.

In

natura

200ºC 400ºC 600ºC

9 mesh/Tyler 0,0829 0,2398 0,1092 0,0917 14 mesh/Tyler 0,0201 0,1180 0,0779 0,2097 20 mesh/Tyler 0,0389 0,1607 0,0703 0,1783

3.2. Caracterização das Argilas

3.2.1. Difração de Raios X

A amostra in natura revelou a presença de minerais do grupo da esmectita, e a

possibilidade de ocorrência de minerais dos grupos da vermiculita e/ou clorita, sugerida

pelo fato da reflexão interplanar basal em torno de 15 Ǻ (d001) da esmectita poder estar

se superpondo a pico pouco intenso em torno de 14 Ǻ (d001), representativo dos outros

mencionados minerais

A análise dos difratogramas de raios X sugere variações estruturais dos

argilominerais. A amostra in natura apresentou, quando glicolada, mudança do pico de

15 Å (d001) para 18 Å (d001). Esse comportamento é representativo dos minerais do

grupo da esmectita. O referido deslocamento não revelou o surgimento de pico em torno

de 14 Å atribuível à vermiculita ou clorita. A permanência do pico de 10 Å (d001)

confirma a existência de mica ilita trioctaédrica, pela não destruição da estrutura

mineral à temperatura de 600ºC. A essa mesma temperatura, o desaparecimento do pico

de 7 Å indica que ele é representativo da caulinita (d001), que, pelo aquecimento,

transforma-se em metacaulinita por desidroxilação e perda da estrutura por distorções

dos íons-alumínio na camada octaédrica, segundo SOUZA SANTOS (1992).

A análise dos difratogramas de raios X das amostras in natura (Figura 6),

apoiada na interpretação dos difratogramas das análises das amostras submetidas a

tratamentos químico e térmico, indicou, portanto, a presença dos grupos minerais

esmectita, caulinita e mica (ilita). Foi observada, ainda, a participação do mineral

quartzo (d001 = 3,35 Å) no conjunto dos minerais presentes na argila.

69

0 10 20 30 40 50 60

0

500

1000

1500

2000

( Q )3,35

1,67

1,82

1,982,13

2,25

2,292,46

2,573,04

3,27

3,69

4,27

4,50

5,01

( C )7,25

( I )10,16

( E )15,7

Inte

nsid

ade

(cps

)

2θ (graus)

Figura 6. Difratograma da amostra da argila in natura evidenciando reflexões basais (d001) da esmectita (E), ilita (I), caulinita (C) e quartzo (Q).

Os difratogramas da análise de raios X da amostra glicolada e aquecida a 600

oC, encontram-se representados, respectivamente, nas Figuras 7 e 8. Para efeito

comparativo, a Figura 9 mostra os difratogramas das análises da amostra in natura e nas

diferentes condições de tratamento.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

( C )7,25

( I )10,16

( E ) 18,4

Inte

nsid

ade

(cps

)

2θ (Graus)

Figura 7. Difratograma da amostra da argila glicolada mostando picos representativos das reflexões basais (d001) da esmectita (E), Ilita (I) e caulinita (C).

70

0 10 20 30 40 50 60

0

1000

2000

3000

1,541,68

1,82

1,982,13

2,24

2,29

2,462,593,04

3,43 3,29

( Q )3,35

4,31

4,525,06

( I )10,16

Inte

nsid

ade

(cps

)

2θ (graus)

Figura 8. Difratograma da amostra da argila aquecida a 600o C, mostrando a ausência dos picos representativos das relfexões basais (d001) da esmectita (E) e caulinita (C).

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

( C )7,25

( I )10,16

( E )18,4

( E )15,7

Aquecida 600o C

Glicolada

____

____

____

In natura

Inte

nsid

ade

(cps

)

2θ (graus)

Figura 9. Difratogramas da argila revelando o deslocamento do pico representativo das relfexões basais (d001) da esmectita in natura, de 15 Å, para 18 Å, após glicolagem e o

desaparecimento dos picos da esmectita e da caulinita, após aquecimento.

3.2.2. Análise da Área Superficial e do Volume Poroso

A análise de BET demonstrou (Tabela 5) que o tratamento térmico provocou uma

redução na área superficial de 13,3%. Todavia provocou um aumento no tamanho dos

poros de 21,16%. Como alguns corantes apresentam a estrutura muito grande, o

aumento da porosidade pode ter sido um dos fatores de contribuíram para a melhoria da

adsorção do corante Nylosan azul brilhante.

71

Tabela 5. Resultados da análise de área superficial e do diâmetro de poro para as argilas estudadas

Área Superficial (m²/g)

Diâmetro médio do poro (nm)

Argila “in natura” 46,6764 2,7204

Argila Tratada a 600 oC

40,4701 3,2962

De acordo com SING et al. (1985), a isotermas das argilas, tanto a bruta como a

tratada termicamente (Figuras 10a e 10b), são do tipo IV. A histerese entre a adsorção e

a dessorção é provocada por condensação capilar que ocorre nos mesoporos. A parte

incial desta isoterma é atribuída a adsorção mono-multicamada, na parte não porosa ou

mesoporosa do adsorvente. Ainda segundo este autor, as isotermas do tipo IV são

características de adsorventes mesoporosos industriais.

Figura 10. Isotermas de adsorção de Nitrogênio (análise BET) para a argila in natura

(a) e a argila calcinada a 600 oC (b).

SING et al. (1985) classifica os tamanhos de poros dos adsorventes como:

macroporos, os que possuem diâmetros maiores que 50 nm (0,05 µm); os mesoporos

entre 2 e 50 nm; e os microporos com diâmetros menores que 2 nm. Desta forma, pode-

se verificar através da Figura 11, que o tratamento térmico provocou um aumento mais

substancial para os mesoporos (área pontilhada).

a b

72

Figura 11. Distribuição de volume dos poros para as diferentes faixas de tamanho de

poro para a argila in natura (a) e a argila calcinada a 600 oC (b).

Através da Figura 12, verifica-se que este ganho de volume, refletido na área

superfial, foi principalmente para as faixas entre 10,4 e 5,9 nm (área pontilhada).

Figura 12. Distribuição da área superficial para as diferentes faixas de tamanho de poro

para a argila in natura (a) e a argila calcinada a 600 oC (b).

3.3. Otimização do Processo Adsortivo Uma vez definido o adsorvente, partiu-se para a otimização do processo

adsortivo, analisando a influência dos parâmetros massa, agitação e temperatura na

capacidade de adsorção (q) da argila. Os resultados serão apresentados inicialmente para

o corante Nylosan e em seguida para o Azul anil.

Foi realizada para cada caso uma avaliação estatística, baseada nos Gráficos de

Pareto e Superfície de resposta complementada pela tabela de Análise de Variância

(ANOVA). A tabela ANOVA mostra através da analise de variância, se o modelo é

estatisticamente significativo e preditivo.

73

3.3.1. Otimização para o corante ácido Nylosan Azul Brilhante

Os resultados experimentais obtidos, através dos experimentos, estão

apresentados na Tabela 6. A concentração inicial do corante foi de 10,461 ppm e a

massa, agitação e temperatura seguiram os valores estipulados no planejamento.

Através da Tabela 6, verifica-se que a condição ótima de agitação, massa e

temperatura utilizadas nos ensaios de adsorção a fim de se obter a maior concentração

final de corante por g de adsorvente ocorreu no experimentos 4. Neste experimento as

condições experimentais foram ajustadas para uma temperatura foi de 30ºC, agitação

de 250 rpm, utilizando 0,5 g da argila tratada a 600 oC com granulometria 14

mesh/Tyler.

Tabela 6. Resultado do planejamento experimental para o corante Nylosan Azul Brilhante

Experimento Massa (g)

Agitação (rpm)

Temp. (ºC)

Cf1

(ppm) Cf2

(ppm) q médio

(mg/g) 1 1 1 1 2,3337 2,4730 0,0800 2 1 1 -1 1,0138 1,2660 0,0927 3 -1 1 1 6,5044 6,3438 0,1990 4 -1 1 -1 5,5232 5,7729 0,2378 5 1 -1 1 4,8795 4,7541 0,0559 6 1 -1 -1 2,9837 3,2283 0,0730 7 -1 -1 1 7,1932 7,0765 0,1635 8 -1 -1 -1 6,2195 6,3852 0,2051 9 0 0 0 3,5106 0,1149

10 0 0 0 3,1656 0,1207 11 0 0 0 3,3550 0,1175

Em relação à eficiência de remoção, para o ponto ótimo a eficiência foi de

45,72%. Neste caso utilizou-se o valor inferior para a massa. Todavia, se for utilizado o

valor superior atingi-se a eficiência máxima do ensaio com 89,04% de remoção. Desta

forma, para atingir-se valores mais elevados de remoção basta aumentar a quantidade de

adsorvente. Na Figura 13 pode-se verificar o efeito do tratamento no ponto ótimo para o

corante Nylosan azul brilhante.

74

Figura 13. Fotos da solução de 10 ppm do corante Nylosan azul brilhante antes (A) e

após (B) a adsorção nas condições experimentais do ponto ótimo. O gráfico de Pareto (Figura 14), representa a influência de cada variável,

demonstrando sua significância e a interação entre elas.

Figura 14. Gráfico de Pareto do sistema corante nylosan/argila tratada, apresentando os

efeitos das variáveis no processo adsortivo.O efeito das interações das variáveis, são representados por x by y.

Através do gráfico de Pareto (Figura 14), pode-se inferir que a variável de maior

significância para este processo adsortivo, foi a quantidade de adsorvente representado

pela massa, seguido da agitação e depois pela temperatura. Observa-se assim o efeito

predominante das variáveis de forma independente. Possuem ainda efeitos significativos

no processo a interação da variáveis massa e agitação e massa e temperatura.

A Figura 15 (A) representa a superfície de resposta para o corante Nylosan,

através da qual observa-se que quanto menor a massa e quanto maior a agitação, maior

75

será a quantidade de corante adsorvida (Q). Na Figura 15 (B), observa-se uma discreta

influência da temperatura. Pela análise desta superfície observa-se que quanto menor for

a temperatura maior será o valor de Q. Ainda de acordo com a Figura 15 (B), pode-se

interpretar que quanto menor a massa, maior o valor de Q.

Figura 15. Superfície de resposta para (A) massa e agitação e (B) temperatura e massa

na adsorção do corante Nylosan pela argila tratada.

O modelo empírico com os parâmetros estatisticamente significativos, foram

obtidos por regressão linear dos dados experimentais, está representado na Equação 3.

Q = 0,13 – 0,063 M + 0,014 A – 0,014 T – 0,003 M A + 0,0063 M T (Equação 3).

Onde Q é a quantidade adsorvida; M a Massa ; A é a Agitação; T representa a

Temperatura e M.A. e M.T. as interações massa e agitação e massa e temperatura

respectivamente.

Observando-se a equação, verifica-se que o segundo termo (a massa)

representou uma influência negativa sob a quantidade adsorvida. Este fato era esperado,

uma vez que não houve saturação do adsorvente e uma maior massa de argila irá reduzir

a razão massa adsorbato / massa de adsorvente. Esta mesma equação mostra também

uma influência positiva da agitação, fato este associado à redução da resistência à

transferência de massa. O sinal negativo para a temperatura pode indicar uma adsorção

76

física. O efeito negativo da temperatura e dos fatores combinados (massa/agitação)

indicam um decréscimo do valor da capacidade de adsorção.

Na Tabela 7, encontra-se a Tabela ANOVA, cujo resultado indica que o modelo

é estatisticamente significativo. Ao comparar os valores de F calculado e F tabelado,

obtém-se a razão 25,31 para regressão. De acordo com BARROS NETO (2001), se o

valor para regressão for maior que 1 e 5, o modelo é significativo e preditivo

respectivamente. A mesma Tabela apresenta também o coeficiente de correlação R², que

quanto mais próximo de 1, os dados experimentais são mais ajustados ao modelo, neste

caso obteve-se o valor de 0,97 para este coeficiente.

Tabela 7. Resultado da ANOVA para avaliação dos ajustes dos dados e significância estatística do modelo para o corante Nylosan Azul Brilhante.

Fonte de Variação

Soma Quadrática

Números de Graus de

Liberdade

Média Quadrática

Regressão 0,070481 6 0,0117

Resíduos 0,002073 13 0,0002

Falta de Ajuste 0,001870 2 0,0009

Erro Puro 0,000203 13 0,00002

Total 0,07 21

Ftabelado REG 2,91 Fc/Ftab 25,31

Fcalculado 73,67

%Mx. Explicada

97,14

%Mx. Explicável

99,72

R2 0,97

3.3.2. Otimização para o Corante Reativo Azul Anil. Através da Tabela 8, verifica-se que a condição ótima de agitação, massa e

temperatura utilizadas nos ensaios de adsorção a fim de se obter a maior concentração

77

final de corante por g de adsorvente ocorreu nos experimentos 3 e 4. Todavia, como

para o experimento 3 há a necessidade de se aquecer, o ponto ótimo foi então definido

como o experimento 4, no qual a temperatura foi de 30ºC, a agitação de 250 rpm,

utilizando 0,5 g da argila "in natura" a 600 oC com granulometria 14 mesh/Tyler.

Tabela 8. Resultado do planejamento experimental para o corante Azul anil

Experimento Massa

(g)

Agitação

(rpm)

Temp.

(ºC)

Cf1

(ppm)

Cf2

(ppm)

q médio

(mg/g)

1 1 1 1 0,0954 0,0653 0,10381

2 1 1 -1 0,0439 0,0126 0,10433

3 -1 1 1 0,1218 0,1444 0,51639

4 -1 1 -1 0,1745 0,0866 0,51652

5 1 -1 1 0,2398 0,2662 0,10208

6 1 -1 -1 0,3139 0,4621 0,10073

7 -1 -1 1 1,0636 1,0196 0,47097

8 -1 -1 -1 1,0121 1,2030 0,46767

9 0 0 0 0,1444 0,17194

10 0 0 0 0,1394 0,17203

11 0 0 0 0,1833 0,17129

Os resultados obtidos a partir do planejamento experimental, demonstraram

remoção satisfatória de cor (Figura 16) no ponto ótimo. Verificou-se que a eficiência

máxima de remoção foi de 99,72% (obtida no experimento 2). Este valor está muito

próximo ao obtido no ponto ótimo (experimento 4) no qual a eficiência foi de 98,75%

com uma capacidade de adsorção de 0,5165 mg/g.

78

Figura 16. Foto da solução do corante reativo azul anil op na concentração de 10 ppm

antes da adsorção (A) e após (B) a adsorção nas condições do ponto ótimo.

Através do gráfico de Pareto, apresentado na Figura 17, pôde-se avaliar a

influência de cada variável, demonstrando sua significância.

Figura 17. Gráfico de Pareto do sistema corante azul anil/argila "in natura",

apresentando os efeitos das variáveis no processo adsortivo, onde x by y é a interação da variável x pela variável y.

Constatou-se que a variável de maior significância para este processo adsortivo,

foi a quantidade de adsorvente, seguido da agitação. Observou-se ainda como efeito

significativo a interação da variáveis massa e agitação. Uma observação interessante é

que para este sistema adsorbato/adsorvente a temperatura não apresentou influência

significativa no processo.

A B

79

A Figura 18 representa a superfície de resposta para o corante azul anil. Pode-se

observar que quanto menor a massa e quanto maior a agitação, maior será a quantidade

de corante adsorvida (Q). Por esta figura, pode-se ainda observar que a agitação

influencia discretamente o processo (inclinação mais suave), fato que está de acordo

com o gráfico de Pareto.

Figura 18. Superfície de resposta para o efeito da agitação e da massa na capacidade de

adsorção do corante azul anil na argila "in natura".

O modelo empírico com os parâmetros estatisticamente significativos, foram

obtidos por regressão linear dos dados experimentais, está representado pela Equação 4.

Q = 0,26 – 0,195 M + 0,012 A – 0,011 M.A (Equação 4)

na qual Q: quantidade adsorvida; M: massa e M.A.: a interação massa e agitação

combinadas.

Observando a Equação 4, conclui-se que o segundo termo representou uma

influência negativa sob a quantidade adsorvida, ou seja, a medida que se aumenta a

massa, diminui-se o valor de Q. O terceiro termo da equação exerce uma influência

80

positiva, pois, aumentando-se a agitação, aumenta-se o valor de Q. O efeito negativo

dos fatores combinados (massa/agitação) indica um decréscimo da quantidade de Q.

Na Tabela 9, encontra-se sumário da análise da variância (ANOVA), a qual

indicou que o modelo é estatisticamente significativo. Ao comparar os valores de F

calculado e F tabelado, obteve-se a razão 6,62 para regressão. De acordo com BARROS

NETO (2001), se o valor para regressão for maior que 1 e 5 , o modelo é significativo e

preditivo resectivamente. A mesma tabela apresenta também o coeficiente de correlação

R², que quanto mais próximo de 1, os dados experimentais são mais ajustados ao

modelo, neste caso obteve-se o valor de 0,90 para este coeficiente.

Tabela 9. Resumo da ANOVA para avaliação dos ajustes dos dados e significância

estatística do modelo para o corante azul anil. Fonte de Variação

Soma Quadrática

Números de Graus de

Liberdade

Média Quadrática

Regressão 0,61364 6 0,1023 Resíduos 0,06906 13 0,0053 Falta de Ajuste

0,06900 2 0,0345

Erro Puro 0,00006 13 0,00000 Total 0,68 21 Ftabelado REG

2,91 Fc/Ftab 6,62

Fcalculado 19,25 %Mx. Explicada

89,88

%Mx. Explicável

99,99

R2 0,90 Obteve-se para os dois corantes resultados satisfatórios na redução da

concentração por adsorção, com remoções na faixa de 90%. Todavia o sistema adsortivo

corante azul anil/argila "in natura" apresentou valores maiores para a capacidade de

adsorção e para a eficiência de remoção.

3.4. Ensaios cinéticos

O estudo cinético teve como objetivo, realizar uma avaliação da cinética de

adsorção dos diferentes corantes na argila, determinando o tempo necessário para o

sistema entrar em equilíbrio.

81

3.4.1. Ensaios cinéticos para o corante Nylosan Azul Brilhante Pode-se observar, pela Figura 19, a evolução da concentração de corante nylosan

na fase sólida (na argila) com o tempo. Constata-se que a partir dos 90 minutos o

sistema entra em equilíbrio. Pode-se também verificar que uma maior taxa de adsorção

é observada nos primeiros 10 minutos.

O processo adsortivo segue uma cinética de adsorção com estabelecimento do

equilíbrio, alcançado no tempo de aproximadamente 60 minutos, partir do qual a

quantidade de corante adsorvida é igual à quantidade desorvida. Para o estudo de

equilíbrio, por segurança, adotou-se o tempo de 90 minutos.

Figura 19 – Evolução da cinética adsortiva do corante nylosan azul brilhante na argila tratada a 600ºC com granulometria 14 mesh/Tyler, submetidos a agitação de 250 rpm, a

30 ºC e Ci = 10,156 ppm.

3.4.2. Ensaios cinéticos para o corante Azul Anil Op O gráfico exposto na Figura 20 permite observar o comportamento da

quantidade adsorvida de corante na argila em relação ao tempo para o corante Azul anil.

Pode-se verificar que o equilíbrio foi atingido em torno dos 20 minutos.

Verifica-se ainda que primeiros 10 minutos a taxa de adsorção apresenta valores

mais elevados (abservado pela inclinação da curva de tendência dos pontos

82

experimentais). Esta adsorção foi maior que para o corante Nylosan azul no mesmo

intervalo de tempo.

Para alcançar uniformizar os estudos de equilíbrio com os dois corante e tonado-

se uma ampla faixa de segurança, adotou-se o tempo de 90 minutos para os ensaios de

equilíbrio.

Figura 20 – Evolução da cinética da adsorção do corante azul anil na argila in natura com granulometria 14 mesh/Tyler, submetidos a agitação de 250 rpm, a 30 ºC, Ci =

10,176 ppm.

3.5. Ensaios de Equilíbrio

Os ensaios de equilíbrio foram realizados a partir dos dados obtidos no estudo

cinético, com o objetivo de se avaliar as capacidades máximas de adsorção da argila

para cada um dos corantes. Foram utilizadas tanto a argila in natura quanto tratada

termicamente, de acordo com o corante a ser utilizado, segundo os resultados do estudo

preliminar.

3.5.1. Ensaios de equilibrio para o corante Nylosan Azul Brilhante Foram testadas os modelos de equilíbrio mais citados na literatura (SUN et al.,

2010; CHAARI et al., 2009; BRITO et al., 2010; RUTZ et al., 2008; UGURLU, 2009),

83

ou seja os modelos de Langmuir, Freundlich e Langmuir-Freundlich. A Figura 21

apresenta a linearização das isotermas de Langmuir, Freundlich e Langmuir-Freundlich

para se verificar os ajustes dos dados experimentais da adsorção do corante Nylosan na

argila tratada para estes modelos.

Conforme pode ser observado, os modelos de Langmuir e Langmuir-Freundlich

foram os que e mais se ajustaram, com coeficientes de correlação de 0,9618 e 0,9684

respectivamente. Ressalta-se que para valores de n=1, o modelo Langmuir-Freundlich

reduz-se ao modelo de Langmuir.

O valor de n obtido para um melhor ajuste foi de n=1,1. Este fato explica a

proximidade das curvas e justifica o fato da escolha pelo modelo de Langmuir, o qual

também apresentou um melhor ajuste em relação à distribuição dos pontos em relação à

curva e é um modelo mais fácil de se trabalhar.

Figura 21. Ajuste dos resultados experimentais nos modelos linearizados de Langmuir (a), Freundlich (b)

e Langmuir-Freundlich (c), do equilíbrio de adsorção do corante Nylosan azul na argila tratada

A

B

C

84

Assim, de acordo com as equações da reta do modelo de Langmuir, foi possível

calcular o valor da capacidade máxima de adsorção do corante Nylosan azul brilhante

na argila tratada termicamente, que foi de 1,607 mg/g. Este valor pode ser considerado

baixo, quando comparado com o carvão ativado, como os resultados obtidos por

NUITHITIKUL et al., (2010), que obtiveram uma capacidade de 312,5 mg/g para

adsorção do corante básico verde 4.

Todavia um tratamento ácido pode aumentar a capacidade de adsorção deste

material como foi realizado por ÖZCAN & ÖZCAN (2004) na remoção do corante

Nylosan azul em argila bentonita acidificada, obtendo uma capacidade de adsorção de

119,1 mg/g.

3.5.2. Ensaios de equilíbrio para o corante Azul Anil Op

Os resultados obtidos para o estudo de equilíbrio de adsorção do corante Azul

anil na argila tratada termicamente, não se ajustaram ao modelo de Langmuir, conforme

pode ser observado na Figura 22a, indicando capacidades negativas, o que é

inconsistente.

Para os modelos de Freundlich e Langmuir-Freundlich, como pode ser

observado nas Figuras 22a e 22b, o modelo que mais se ajustou foi o modelo de

Langmuir-Freundlich com coeficiente de correlação de 0,9041 e com melhor ajuste dos

dados (dispersão dos dados em torno da reta).

O valor de n=1,39 para o modelo Langmuir-Freundlich mostra um desvio

importante em relação ao modelo de Langmuir.

85

Figura 22. Ajuste dos resultados experimentais nos modelos linearizados de Langmuir

(a), Freundlich (b) e Langmuir-Freundlich (c), do equilíbrio de adsorção do corante Azul anil na argila "in natura".

De acordo com as equações das retas obtidas para os modelos linearizados,

encontrou-se o valor de q máximo de 65,39 mg/g para o modelo Langmuir-Freundlich.

3.5.3. Resumo dos resultados obtidos para os corantes A Tabela 10 apresenta um quadro de resumo dos resultados obtidos para cada

um de cada modelo em cada um dos corantes.

A

B

C

86

Tabela 10 - Resultado comparativo para as isotermas de Langmuir, Freundlich e

Langmuir-Freundlich

BOUBERKA et al. (2005) estudando a adsorção do corante Supranol Yellow

4GL em argila bentonítica modificada obtiveram uma capacidade de adsorção de 63,93

mg/g.

YEDDOU & BENSMAILI avaliaram a capacidade da adsorção do corante

básico vermelho 46 em mistura de argila com madeira e obtiveram uma capacidade de

adsorção de 30,12 mg/g, cujos resultados foram ajustados no modelo de Langmuir.

GURSES et al.(2006) obtiveram uma capacidade máxima de adsorção de 58,2

mg/g para a remoção do azul de metileno em argila (montmorilonita). Observa-se assim

que os valores obtidos pelo presente estudo são satisfatórios para o corante azul anil,

uma vez que não foi utilizada apenas a argila, mas todo o resíduo da mineração.

Ressalta-se que a adsorção do corante é fortemente influenciada pela

estrutura do corante. Desta forma um adsorvente pode remover muito um corante e

praticamente não adsorver nada de outro.

Corante Langmuir qMax (mg/g) KA

(mL/mg) R²

Nylosan 1,6507 4,9 x 10-² 0,9618 Azul Anil Não ajustável Não

ajustável Não ajustável

Freundlich n KA

(mL/mg) R²

Nylosan

0,8376

7,3x10-2 0,8924

Azul Anil 0,6018 4,4x10-1 0,9097 Langmuir- Freundlich

qMax (mg/g) KA (mL/mg)

n R²

Nylosan 1,04 8,4x10-2 1,10 0,9684 Azul Anil 65,79 3,36x10-2 1,39 0,9041

87

4.0. CONCLUSÕES

O resíduo da mineração da gipsita, mistura de argila e outros minerais, mostrou-

se eficaz para a adsorção dos corantes ácido Nylosan Blue e reativo Azul anil Op.

O ensaio da ativação térmica, mostrou que o mesmo é necessário apenas para a

adsorção do corante Nylosan, à uma temperatura de 600 oC, sendo a granulometria de

14 Mesh/Tyler a mais indicada para ambos corantes.

A otimização do processo adsortivo pelo planejamento indicou que a melhor

condição é para uma menor massa, maior agitação e menor temperatura, para ambos os

sistemas corante/argila.

O corante Azul anil apresentou uma capacidade de adsorção mais elevadas com

capacidade máxima de adsorção de 65,79 mg/g de argila “in natura”, tendo se ajustado

ao modelo de equilíbrio de Languir-Freundlich, apresentando um desvio importante em

relação à Langmuir, podendo assim indicar a adsorção em multicamadas.

Para o corante ácido Nylosan azul brilhante foi determinada uma capacidade

máxima de 1,65 mg/g de argila ativada a 600oC, tendo obtido um melhor ajuste no

modelo de Langmuir.

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91

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS

Em relação ao tratamento do lixiviado por coagulação/floculação/decantação,

verificou-se, a partir da técnica de planejamento experimental, que foi possível

determinar as condições ótimas de tempo de coagulação, de floculação e de decantação

assim como velocidade de floculação e de coagulação e quantidade de leite de Cal.

Observou-se que com valores superiores estudados das variáveis independentes

exceto para o tempo de coagulação que foi inferior, é possível reduzir o nível de

turbidez e cor do lixiviado.

Conforme exposto anteriormente no corpo do trabalho, o lixiviado é de composição

muito complexa. Nele contém vários compostos orgânicos e inorgânicos, metais

pesados, dependendo do tipo de lixo que foi depositado no aterro e portanto a argila não

foi capaz de adsorver os compostos geradores de cor e turbidez.

Do tratamento proposto para os corantes em solução aquosa, concluiu-se que a

argila do bota-fora da mineração da gipsita, que se trata da mistura das argilas do

capeamento, mostrou uma enorme afinidade em relação aos corantes: Nylosan Azul

Brilhante e Azul Anil op , principalmente ao corante azul anil, demonstrando que sua

utilização como adsorvente para este tipo de resíduo é eficaz e satisfatória.

O ensaio da ativação térmica, mostrou que o mesmo é necessário apenas para a

adsorção do corante Nylosan, à uma temperatura de 600 oC, sendo a granulometria de

14 Mesh/Tyler a mais indicada para ambos corantes.

A otimização do processo adsortivo pelo planejamento indicou que a melhor

condição é para uma menor massa, maior agitação e menor temperatura, para ambos os

sistemas corante/argila.

O corante Azul anil apresentou uma capacidade de adsorção mais elevadas com

capacidade máxima de adsorção de 65,79 mg/g de argila “in natura”, tendo se ajustado

ao modelo de equilíbrio de Languir-Freundlich, apresentando um desvio importante em

relação à Langmuir, podendo assim indicar a adsorção em multicamadas.

Para o corante ácido Nylosan azul brilhante foi determinada uma capacidade

máxima de 1,65 mg/g de argila ativada a 600oC, tendo obtido um melhor ajuste no

modelo de Langmuir.

92

Portanto, a utilização da argila do bota-fora ou estéril de lavra, é recomendada

como adsorvente para o tratamento de remoção de corantes, porém não recomenda-se

seu uso para o tratamento de compostos mais complexos como os lixiviados.

Sugere-se para novas pesquisas :

1. O estudo do tratamento dos efluentes têxteis utilizando esta argila como

adsorvente;

2. Aprofundar o estudo específico do material argiloso utilizado como adsorvente,

estudando particularmente cada componente presente na mistura e seus sítios de

adsorção;

3. Estudar viabilidade econômica do uso do adsorvente ;

4. Estudar a reutilização do material resultante da adsorção;

93

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APÊNDICE 1 Curvas de Calibração Curvas de Calibração para o Corante Reativo Azul Anil op

Figura X - Curva de calibração para solução aquosa do corante CRAAOT

Figura X – Curva de Calibração para o papel de filtro CRAAOT

Curva de Calibração para o Corante Ácido Nylosan Azul Brilhante

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Figura X - Curva de calibração para solução aquosa do corante NAB

Figura X – Curva de correção para o papel de filtro do corante NAB.