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Avaliação da eficiência da eletrodiálise no tratamento de efluentes provenientes do setor de gemas do Rio Grande do Sul

Publicado em 19/07/2017 às 11:48:52

Resumo

O Brasil destaca-se em termos mundiais pela variedade de gemas em seu solo. O estado do Rio Grande do Sul (RS) apresenta um dos maiores centros de produção gemológica do país. Gemas como a ágata podem ser naturais ou produzidas, na maioria das vezes, por processos de tingimento com corantes. Essas operações vêm avançando nos últimos anos, gerando consideráveis volumes de efluentes líquidos contendo íons de vários metais e alta carga orgânica, manifestando por isso, uma preocupação ambiental, já que esses corantes são potenciais contaminantes. Dessa forma, surge a necessidade do tratamento desses efluentes com o propósito de minimizar a concentração dos poluentes em questão. Os processos convencionais de tratamento dos efluentes, além de utilizarem grandes quantidades de produtos químicos, podem originar um grande volume de resíduos tóxicos. A eletrodiálise (ED) é uma técnica de separação por membranas, na qual espécies iônicas em solução são transportadas através de membranas seletivas por ação de um campo elétrico. A técnica possibilita o emprego no tratamento de efluentes pela remoção de eletrólitos, demonstra uma economia de energia além de vislumbrar a possibilidade de recuperação dos metais e reúso da água. Neste sentido, o objetivo do presente projeto foi realizar uma avaliação da técnica de ED no tratamento de efluentes do sistema de tingimento de ágatas do RS como uma tecnologia limpa. Dessa forma, foram desenvolvidas etapas com início na determinação da corrente limite e estudo do transporte de íons do processo a partir de curvas correntepotencial e ensaios cronopotenciométricos.Os experimentos foram realizados em uma célula com 3 compartimentos separados por membranas íon seletivas e com o auxílio de quatro eletrodos, onde dois eram de Ag / AgCl em um capilar de Luggin. Após, foi realizada a análise da eficiência de extração dos íons em função do tempo de tratamento em células estáticas em sistemas com três e cinco compartimentos e posteriormente em fluxo em células com cinco compartimentos. Todos os experimentos desse estudo utilizaram um ânodo 70TiO2/30RuO2 DSA® e um cátodo de titânio. A seguir, avaliou-se a toxicidade do efluente estudado antes e após a aplicação da técnica de ED em função de dois níveis tróficos, Artemia salina e Lactuca sativa. Por fim, investigou-se a possibilidade de recuperação dos metais e reúso do efluente após o processo de tratamento a partir do método de análise de colorações de gemas em função de imagens digitalizadas. Os resultados alcançados apontaram a corrente limite do processo e a eficiência da técnica na remoção dos íons presentes no efluente. Os ensaios de toxicidade apontaram uma redução na porcentagem de letalidade dos organismos-teste após a plicação da técnica de ED. Os íons recuperados foram inseridos em um novo processo de tingimento e demonstraram a possibilidade do reúso da água e reutilização dos insumos, fator cada vez mais importante na minimização doconsumo e dos custos de produção, favorecendo um cenário ambientalmente correto e sustentável.

Introdução

A busca pelo desenvolvimento econômico tem motivado um incremento no consumo de matérias primas, energia, além da degradação ambiental. Nas últimas décadas, a demanda por bens em escala cada vez maior tem resultado no esgotamento dos recursos naturais.

A preocupação com a preservação do meio ambiente tem fomentado a discussão sobre a poluição e possível reúso da água com base em uma perspectiva sustentável. Com o aumento do número de indústrias, é cada vez mais comum o descarte de substâncias com alto potencial poluente em corpos d’água. O tratamento de efluentes industriais é uma importante questão ambiental devido aos possíveis danos causados pelo fato de não serem absorvidos com facilidade além do seu provável poder de poluição.

A contaminação das águas pode ser definida como qualquer alteração física, química ou biológica da qualidade de um receptor hídrico capaz de ultrapassar os padrões estabelecidos. Embora no Brasil, a legislação ambiental de acordo com a Resolução 430 de 2011 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) regule o descarte de resíduos, limitando a carga poluidora e degradante lançada de acordo com a classe da água, estima-se que várias empresas, por falta de recursos ou mesmo por negligência, utilizem corpos d’água como destino final de seus resíduos.

Atualmente, o Brasil evidencia-se em termos mundiais pela variedade de gemas em seu solo. O sistema de produção dessas gemas abrange desde a extração das jazidas de gemas, passando por processos de lapidação e beneficiamento (corte, lixamento, polimento, tingimento, entre outros), até a comercialização do produto final. O estado do Rio Grande do Sul (RS) destaca-se como um dos maiores centros de produção extração e beneficiamento de ágatas de qualidade diferenciada (HARTMANN, 2010). Alguns municípios concentram um alto número de indústrias de processamento com empresas de pequeno, médio e grande porte que atuam no setor.

Gemas como a ágata podem ser naturais ou produzidas, na maioria das vezes, por processos de tingimento com corantes e obtenção de várias colorações como rosa, roxa, verde e vermelha (BRUM, 2010). Essas operações vêm crescendo nos últimos anos, gerando consideráveis volumes de efluentes líquidos contendo íons de vários metais e alta carga orgânica, manifestando por isso, uma preocupação ambiental, já que esses corantes são classificados como um resíduo industrial e podem causar riscos à saúde pública e ao meio ambiente (BRASIL, 2010). Assim, surge a necessidade do tratamento dos efluentes dessas indústrias com o objetivo de minimizar a concentração dos poluentes em questão.

Os processos convencionais de tratamento dos efluentes, além de utilizarem grandes quantidades de produtos químicos, podem originar um grande volume de resíduos com determinada toxicidade (AZBARA; YONARB; KESTIOGLU, 2004). Atualmente, há um crescente interesse em processos alternativos de tratamento dos efluentes que gerem o mínimo de agressão ao meio ambiente, sejam economicamente viáveis e permitam o reúso da água.

Os agentes envolvidos na cadeia produtiva necessitam estimar formas de viabilizar sua produção e destinar seus resíduos em um cenário ambientalmente correto e sustentável, dada a importância que o setor representa para a atividade econômica. Nesse aspecto, torna-se essencial avaliar os impactos causados pela atividade e monitorar os benefícios oriundos da possibilidade do reúso dos resíduos produzidos a partir de tecnologias limpas.

Os processos eletroquímicos que utilizam membranas têm conquistado um espaço significativo no que diz respeito ao tratamento de efluentes contendo íons metálicos. A eletrodiálise (ED) é um processo eletroquímico alternativo, empregado no tratamento de efluentes pela remoção de eletrólitos que demonstra uma economia de energia além da recuperação dos metais e reutilização da água. Por esse método, há a separação dos íons presentes em uma solução aquosa pelo efeito de um campo elétrico e de membranas íonseletivas, sem a necessidade da adição de reagentes químicos (TAHAIKT et al., 2004).

A estimativa da eficiência do processo de ED é realizada através de análises laboratoriais. Entretanto, antes de sua aplicação a nível industrial, vários parâmetros devem ser avaliados com o propósito de se determinar as condições mais favoráveis de uso deste processo. A análise da redução da toxicidade do efluente após o processo e a possibilidade de reutilização do corpo d’água e dos íons metálicos como insumos também são fatores de grande importância no método por conta da redução dos custos de produção e dos impactos ambientais.

Em vista do exposto, considera-se a importância do tratamento de efluentes na cadeia produtiva de gemas e joias como contribuição para a adequada gestão ambiental nos sistemas beneficiadores de gemas, devido a minimização dos impactos ambientais e a redução dos resíduos gerados, garantindo a sua produção e destinação em um cenário ambientalmente correto e sustentável.

Como consequência, dada a necessidade e importância tanto da questão econômica de produção como da questão ambiental, evidenciam-se os seguintes questionamentos: qual a eficiência da técnica de eletrólise no tratamento de efluentes oriundos do setor de gemas do Rio Grande do Sul? A toxicidade do efluente é reduzida após a aplicação do processo? Há possibilidade de recuperação dos metais e reúso do efluente após o processo de tratamento do efluente?

Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi avaliar a técnica de eletrodiálise no tratamento de efluentes do sistema de tingimento de gemas do Rio Grande do Sul como uma tecnologia limpa. Ainda foram estabelecidos cinco objetivos específicos: a) caracterizar os íons inicialmente presentes no efluente bruto; b) determinar a corrente limite do processo; c) avaliar a eficiência de extração dos íons em função do tempo de tratamento em células estáticas e em fluxo, em sistemas com 3 e 5 compartimentos; d) analisar a toxicidade do efluente estudado antes e após a aplicação da técnica de eletrodiálise; e) investigar a possibilidade de reúso da água e reutilização dos íons após o processo de tratamento do efluente no tingimento de ágatas.

Desta forma, de acordo com os propósitos envolvidos, o trabalho foi organizado, além da introdução, em cinco partes.

O segundo capítulo expõe o setor de gemas no RS que se destaca como um dos maiores centros de produção extração e beneficiamento de ágatas. Ainda são apontados fundamentos teóricos sobre desenvolvimento sustentável e a problemática do tratamento convencional de efluentes além de abordagens sobre processos alternativos de tratamentos de efluentes. Além disso é apresentada a legislação que dispõe sobre a definição de critérios e  padrões de emissão para toxicidade de efluentes líquidos lançados em corpos hídricos, bem como o conceito de reúso da água e dos íons como insumos após o tratamento do efluente.

O terceiro capítulo introduz a técnica da eletrodiálise, suas principais características, utilizações, parâmetros que influenciam na eficiência do processo e limitações. Além disso, são apresentadas as membranas íons seletivas, seus tipos e finalidades.

No quarto capítulo é apresentada a metodologia utilizada para o desenvolvimento do presente estudo que fundamentou-se na caracterização dos íons presentes no efluente bruto analisado; determinação da corrente limite do processo; na realização do tratamento do efluente por ED em células estáticas e com agitação, em sistemas com 3 e 5 compartimentos; análise da toxicidade do efluente antes e após a aplicação da técnica de eletrodiálise além da avaliação de recuperação dos íons e reúso da água após o processo de tratamento do efluente no tingimento de ágatas.

O quinto capítulo registra os resultados alcançados com a realização do estudo. Inicialmente, aponta-se a corrente limite registrada para o sistema. Após, avalia-se o processo de ED a partir da limitação da corrente além da eficiência do tratamento pela análise de parâmetros físico-químicos. Em seguida, demonstram-se os resultados dos ensaios de toxicidade do efluente antes e pós-tratamento. Finalmente apresenta-se uma proposta de reúso da água e íons removidos pelo tratamento.

O sexto e último capítulo elenca as considerações finais e as principais contribuições deste estudo levando em consideração a busca de um desenvolvimento que exigirá das empresas uma avaliação no que se refere à adoção de tecnologias que permitam melhor utilização dos recursos dentro de uma perspectiva ambientalmente sustentável.

Autora: Maria de Lourdes Martins Magalhães.

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