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Pós-tratamento de efluente de indústria de papel e celulose empregando membranas de microfiltração e ultrafiltração combinadas com o processo foto-fenton

Publicado em 24/07/2017 às 13:38:37

Resumo

As indústrias de papel e celulose geram efluentes com elevado potencial poluidor, destacando-se a carga orgânica e a cor, que não são eficientemente removidas nos tratamentos biológicos convencionais. O presente trabalho teve como objetivo o pós-tratamento do efluente de uma indústria de papel e celulose utilizando membranas filtrantes de microfiltração e ultrafiltração conjugado ao processo oxidativo avançado do tipo foto-Fenton. Foram realizados ensaios de tratabilidade de efluente de uma indústria de papel e celulose em uma unidade piloto de membranas de microfiltração (MF) e ultrafiltração (UF) e, na sequência, o processo oxidativo avançado (POA) foto-Fenton. Analisou-se nesta pesquisa a remoção de turbidez, DQO e cor. Com os resultados obtidos verificou-se que a UF apresentou melhor eficiência na remoção de cor e DQO, e para os dois tratamentos empregados, a remoção de turbidez foi semelhante, alcançando mais de 99% de eficiência. Tanto a MF quanto a UF proporcionaram resultados muito promissores para a remoção dos parâmetros avaliados. O processo foto-Fenton se mostrou como ótima alternativa ao tratamento complementar dos permeados da MF e UF, alcançando no tratamento da MF+POA uma remoção de 99,04%, 95,97% e 96,43% para a turbidez, DQO e cor verdadeira respectivamente e de 99,90%, 82,58% e 99,49% para a UF+POA.

Introdução

As indústrias de papel e celulose (IPC) constituem um segmento de grande importância tanto para a economia mundial quanto brasileira. No Brasil, esse segmento industrial está em crescente ascensão e suas exportações contribuem significativamente para o PIB nacional.

O desenvolvimento da indústria de papel e celulose tem uma história importante no Brasil, o País conquistou o mercado internacional pela sua tecnologia silvicultural bem desenvolvida, por suas dimensões territoriais e pelas suas características de clima e de solo. Esse segmento industrial é um dos mais competitivos do País, o padrão de qualidade é equivalente a um dos melhores do mundo e o mercado é globalizado e fortemente ativo. A maioria da produção de papel vem da celulose de fibras curtas, obtida de madeiras plantadas originadas das áreas de reflorestamento (eucaliptos ou pinus) (CETESB, 2008).

Segundo a BRACELPA (2014) o Brasil contribui consideravelmente no mercado mundial de papel e celulose ocupando, em 2012, o 4º lugar como produtor mundial de celulose e o 9º lugar na produção mundial de papel, sendo o maior produtor de celulose de fibras curtas do mundo. O País possui quase 7,7 milhões de hectares de áreas de florestas plantadas, equivalendo a 0,8% de sua área total. A produção brasileira de papel cresce em média 5,4 % ao ano e de celulose 7,1% ao ano. Ainda, as IPC empregam 128 mil trabalhadores diretos (79 mil nas indústrias de 51 mil nas florestas) e 640 mil empregos indiretos.

Em contrapartida aos consideráveis benefícios econômicos a indústria de papel e celulose é responsabilizada pela emissão de poluentes nos estados sólido, líquido e gasoso e, nesse sentido, vem buscando, atualmente, além do crescimento em produtividade e competitividade, também o desenvolvimento nas questões ambientais, com destaque para os efluentes líquidos gerados nos processos produtivos, que, devido ao elevado volume e características altamente poluentes, se lançados sem o devido tratamento, podem prejudicar severamente a qualidade do corpo d’água receptor (CETESB, 2008).

As IPC são responsabilizadas por utilizarem grande quantidade de água em seus processos produtivos, cujos valores típicos oscilam entre 20–40 m³ de efluente gerados por tonelada de polpa produzida [IPCC (2001) apud AMARAL (2013)], além disso, geram efluentes com elevada demanda química de oxigênio (DQO), demanda bioquímica de oxigênio (DBO), sólidos suspensos, temperatura, cor, além de poluentes como compostos organoclorados, lignina, metais pesados, resinas, entre outros (CETESB, 2008). Tudo isso leva a uma grande preocupação com a poluição dos corpos hídricos provocadas pelo lançamento desses efluentes, quando indevidamente tratados.

Dentre as diferentes tecnologias disponíveis para serem aplicadas no tratamento de efluentes de indústrias de papel e de celulose, têm recebido grande destaque no cenário internacional e nacional, os sistemas de membranas filtrantes que têm permitido alcançar resultados promissores no tratamento destes tipos de efluentes.

Segundo Glutek et al. (1995) as membranas consistem em barreiras seletivas nas quais diversos elementos são separados por tamanho ou por diferença de composição química, através dos poros, limitando a passagem de um componente e permitindo a passagem de outro, impulsionados por uma força motriz que pode ser pela diferença de pressão, de potencial elétrico, de concentração a depender do tipo de processo empregado.

A filtração em membranas está sendo constantemente aprimorada e com as melhorias obtidas na fabricação das mesmas e na operação destes sistemas, essa tecnologia vem se tornando cada vez mais atraente e está sendo largamente utilizada em vários tipos de indústrias, incluindo as indústrias de papel e celulose, devido, entre outros fatores, à elevada capacidade de retenção de poluentes, acarretando em efluente final de excelente qualidade, o que pode possibilitar o chamado “fechamento do circuito de água”. Outro fator interessante é que estes sistemas demandam baixo requisito de área e são de fácil automação e operação. Outra grande vantagem é que são modulares e flexíveis à alteração de escala.

Além disso, com o contínuo incremento da produção de membranas filtrantes, inclusive nacional, seu uso já é técnica considerada economicamente viável. Segundo Oliveira (2007) o processo de separação por membranas permite a recirculação de água de processo, pois, na separação não há regeneração dos elementos ou qualquer mudança de fase, além de ter uma ampla especificidade na separação, seja pelo tamanho de sua molécula ou pelo comportamento físico-químico dos elementos envolvidos, sendo assim considerado um processo de produção mais limpa.

Entretanto, apesar dos vários aspectos positivos, essa tecnologia quando aplicada ao tratamento de efluentes apresentam algumas limitações, como a obrigatoriedade de pré-tratamento do efluente bruto, a necessidade de tratamento do concentrado gerado (lodo) e a queda do fluxo do permeado com o tempo provocado pela colmatação das membranas, o que pode requerer a substituição das membranas a cada 5 anos (RIBEIRO, 2012).

A colmatação das membranas resulta em uma contínua redução do fluxo até um ponto em que o fluxo de permeado se torna independente do gradiente de pressão aplicado (FIELD et al., 1995; HOWELL, 1995).

Essa colmatação é considerada um fator limitante do processo e no caso do tratamento de efluentes de indústrias de papel e celulose é algo praticamente inevitável (AMARAL et al., 2013).

Todavia, existem muitas formas de minimizar esse problema durante a operação, como por exemplo, por retrolavagem das membranas com o próprio permeado (filtrado) produzido e limpezas químicas periódicas (SILVA, 2000).

Outra alternativa para o tratamento de águas residuárias são os Processos Oxidativos Avançados (POA), mais usualmente empregados como complementares às técnicas mais usuais de tratamento. Os POA, Fenton e foto-Fenton, segundo Lucas et al. (2012), são conhecidos pela sua capacidade de mineralizar grande variedade de compostos orgânicos e pela sua eficácia no tratamento de efluentes com elevado teor de polifenóis como o das IPC. O foto-fenton é considerado o mais promissor entre os POA para o tratamento de compostos orgânicos recalcitrantes em soluções aquosas (POURAN et al., 2015), pois utiliza os raios UV, que podem ser obtidos pela radiação artificial ou também pela radiação solar, reduzindo, nesse último caso, os custos de processamento e tornando o processo mais acessível.

De acordo com PÉREZ et al. (2002) na reação Fenton os radicais hidroxila .OH são produzidos pela interação do H2O2 com os íons ferrosos em meio ácido como mostra a Equação 1. A taxa de degradação dos poluentes orgânicos por processo Fenton pode ser aumentada quando há a presença de uma fonte de irradiação, chamado de processo foto-Fenton. Esse efeito positivo é devido à foto-redução do Fe (III) a Fe (II), produzindo novos radicais hidroxilas e regenerando o Fe (II), que ainda podem reagir com mais moléculas de H2O2 como na Equação 2. (…)

Autores: Karen Sayuri Ito Sakurai, Ludmila Carvalho NevesJeanette Beber de SouzaCarlos Magno de Sousa Vidal e Kely Viviane de Souza.

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