Tecnologias avançadas de tratamento visando à remoção de cor e fenol de efluente de indústria de celulose e papel

O presente artigo teve como enfoque a remoção de cor e fenol presentes em efluente proveniente da indústria de papel e celulose a partir do emprego das tecnologias avançadas:

(i) coagulação/floculação/ sedimentação, (ii) filtração em carvão ativado, (iii) combinação de coagulação/floculação/sedimentação com a filtração em carvão ativado. Os ensaios foram realizados em jarteste e unidade de filtração em escala de bancada. Os principais resultados obtidos foram remoções de: 89% da cor e 60% do fenol no tratamento por coagulação, floculação e sedimentação; 45% da cor e 47% do fenol no tratamento por filtração em carvão ativado e 99% da cor e acima de 93% de fenol ao tratar o efluente por ciclo completo (coagulação, floculação, sedimentação seguido de filtração). Com esse último tratamento foi possível obter efluente final com elevada qualidade e atender à legislação ambiental sob diversos aspectos.

Introdução

Quando o assunto é poluição industrial, o setor de celulose e papel atua como um personagem importante, tendo em vista a gama variada de poluentes encontrados nas emissões, bem como a quantidade significativa de água requerida nas diferentes etapas do processo produtivo, que oscila entre 15 a 100 m3 /t, dependendo do tipo de unidade industrial.

A água é utilizada em várias etapas do processo fabril: descascamento e lavagem das toras no pátio de madeiras, dispersão da celulose, lavagem de polpa, produção de vapor, preparação de aditivos, entre outros. Isso traz como consequência outro aspecto ambiental importante que é a geração de consideráveis volumes de efluentes ao final do sistema, também com elevado potencial de poluição, contendo, entre outros: substâncias orgânicas originárias da própria madeira (celulose, hemicelulose, lignina); nitrogênio e fósforo, advindos do esgoto sanitário da empresa pelos refeitórios e sanitários; sólidos suspensos (cascas, fibras, areia, etc.); metais pesados, oriundos do processo de produção do papel; compostos organoclorados; ácidos, além dos compostos fenólicos e os que geram cor (THOMPSON et al., 2001; LACORTE et al., 2003; COMPANHIA DE TECNOLOGIA DE SANEAMENTO AMBIENTAL, 2008).

Derivados fenólicos são compostos que não ocorrem naturalmente em corpos d’água, sendo sua presença no ambiente associada necessariamente à atividade humana. Estes grupos são encontrados em rejeitos de diferentes tipos de indústrias, tais como: farmacêutica, mineradora, petroquímica, papel e celulose, têxtil, entre outras (CUNHA; AGUIAR, 2014).

Os fenóis são reconhecidos como poluentes prioritários pela Agência de Proteção Ambiental (EPA) dos Estados Unidos e pela União Europeia (EU), devido à sua toxicidade aguda e elevada solubilidade (MING et al., 2006 apud MONTIBELLER, 2012).

Os compostos que geram cor presente nos efluentes das indústrias de papel e celulose têm como origem a lignina e seus derivados, que, além da coloração propicia a difícil degradação biológica do efluente (CLETO; GUIMARÃES; BUZZINI, 2007).

Embora a cor não esteja necessariamente relacionada a problemas de contaminação dos corpos hídricos, ela causa problemas de ordem estética e dificuldades na penetração da luz, além de poder estar relacionada a compostos recalcitrantes que, nesse caso, sim, em geral, são tóxicos à comunidade aquática (PIVELI; KATO, 2005).

Em contrapartida aos impactos e aspectos ambientais negativos associados, o setor de celulose e papel brasileiro está há anos entre os principais setores produtivos do mundo, trazendo significativa contribuição para a balança comercial e gerando muitos empregos e renda em todas as regiões do país. Em 2016 estimou-se que, no total, o número de postos de trabalhos da atividade de base florestal – diretos, indiretos e resultantes do efeito renda – tenha sido de aproximadamente 3,7 milhões. Nos anos de 2016 e 2017, o setor brasileiro apresentou crescimento expressivo, apesar da predominante crise econômica instalada no país. Em 2017, o setor brasileiro de árvores plantadas foi responsável por 6,2% do PIB industrial do País e foi um ano de avanço generalizado nas negociações com o mercado externo em todos os segmentos das indústrias de base florestal, o que contribuiu para o desempenho positivo desse setor, em grande monta, segundo especialistas da Indústria Brasileira de Árvores (IBÁ) foi a aposta em inovação (INDÚSTRIA BRASILEIRA DE ÁRVORES, 2017).

Assim, trazer inovação para essa área, que gere economia de recursos e maior sustentabilidade, como é o caso da temática abordada nessa pesquisa, é a chave para continuar propiciando maior produtividade e competitividade ao setor.
Atualmente, as tecnologias de tratamento de efluentes usualmente adotadas por essas indústrias são baseadas em processos físicos seguidos de mecanismos biológicos, que, via de regra, mostram-se insuficientes na obtenção de efluentes isentos de compostos recalcitrantes, ou compostos mais resistentes à degradação biológica como é o caso do fenol e remoção de compostos dissolvidos e coloidais como os que são responsáveis pela cor. Nesses casos, tecnologias de tratamento avançado constituem-se alternativas para obtenção de efluentes tratados com qualidade superior, os quais tornam-se passíveis de enquadramento aos padrões de emissão em conformidade com a legislação ambiental ou tornam-se aptos ao reuso, podendo propiciar o chamado “fechamento de circuitos” em uma unidade fabril (POKHREL; VIRAGHAVAN, 2004 apud BONFIM et al., 2012; FOLLMANN, 2017).

Dentre as tecnologias de tratamento avançado propostas como alternativas para esses efluentes industriais destacam-se a coagulação/floculação/sedimentação, eletrocoagulação, flotação por ar dissolvido, processos oxidativos avançados, processos de adsorção em carvão ativado e processos de separação por membranas (MANCUSO; SANTOS, 2003). A escolha de uma ou a combinação entre duas ou mais técnicas de tratamento dependerá do potencial de cada tecnologia envolvida na redução do contaminante de interesse e da qualidade da água que se deseja obter (MIERZWA; HESPANHOL, 2005).

Em relação à cor e turbidez das águas residuárias, os métodos mais utilizados para removê-los são à base de coagulação, floculação e sedimentação (PIVELI; KATO, 2005).

Apesar de serem etapas distintas, a coagulação, floculação e sedimentação são interdependentes. A coagulação tem como principal objetivo neutralizar as cargas elétricas das partículas em suspensão, por meio da adição de compostos químicos com cargas positivas, proporcionando a posterior formação de flocos densos em condições de sedimentar (em decantadores ou flotadores).

Já a floculação é o processo pelo qual as partículas, em estado de equilíbrio eletrostaticamente instável na massa líquida, são forçadas a se movimentarem para que sejam atraídas entre si formando flocos mais pesados e resistentes, os quais poderão ser extraídos com mais facilidade posteriormente. Por fim, a sedimentação é um fenômeno físico em que, devido à força da gravidade, as partículas suspensas apresentam movimento descendente em meio líquido de menor massa específica. A ocorrência desses fenômenos acarreta na clarificação, a partir da separação da fase sólida da líquida (DI BERNARDO; DANTAS, 2005; LIBÂNIO, 2010).

Em relação à concentração de fenóis presentes em efluentes industriais, esta pode ser reduzida por processos físico-químicos à base de oxidação química, mas que, em geral, apresentam eficiências variáveis, dependendo das características de cada efluente, podendo não garantir o atendimento à legislação ambiental que trata do lançamento desses efluentes. Dentre os processos de tratamento para a remoção de compostos fenólicos, a adsorção em carvão ativado é a alternativa que produz a melhor eficiência em uma maior faixa de aplicabilidade (PIVELI; KATO, 2005; MONTIBELLER, 2012).

O material adsorvente mais utilizado é o carvão ativado, por sua disponibilidade e custo, sendo eficiente na remoção de compostos orgânicos voláteis, tais como hidrocarbonetos, solventes, gases tóxicos e odores (METCALF; EDDY, 2016).

A adsorção é uma operação de transferência de massa, uma vez que um constituinte (adsorvato/adsorbato) é transferido da fase fluida (gás, vapor ou líquido) para uma fase sólida (adsorvente). O adsorvente é o material sólido em cuja superfície, interna e/ou externa, ocorre o fenômeno de adsorção e o adsorbato a substância retida pelo adsorvente (VACLAVIK, 2010). No tratamento de efluentes, a adsorção é considerada uma etapa de polimento final, utilizada quando há necessidade de tratamento com qualidade mais elevada, após tratamento biológico ou tratamento físico-químico à base de coagulação/floculação/sedimentação e filtração (SILVA FILHO, 2009).

Os carvões ativados são materiais com alto teor de carbono e que sofreram processamento para aumento da porosidade interna. Uma vez ativado, o carvão passa a apresentar elevada superfície interna (500 a 1200 m2 /g) localizada dentro da rede de poros, na qual, a maior parte do processo de adsorção acontece. Esse material é capaz de adsorver as moléculas sem modificar a composição química do produto adsorvido (DI BERNARDO; DANTAS, 2005).

O carvão ativado granular (CAG) é produzido a partir de matérias-primas duras e processo controlado, resultando em um produto de estrutura rígida (o que evita perdas excessivas devido à fricção). A alta dureza permite regenerações sucessivas, tornando os processos que são operados em leitos mais econômicos. Essa forma de carvão é utilizada em filtros de pressão ou por gravidade, através dos quais o fluido passa e é purificado (MANCUSO; SANTOS, 2003).

O presente artigo teve como objetivo avaliar se o desempenho da coagulação/floculação/ sedimentação e da adsorção em carvão ativado granular no tratamento avançado de efluente de uma indústria de papel e celulose é eficaz, e quão eficaz é, para remoção de cor elevada e fenol de uma matriz real e altamente complexa como é o caso de efluente proveniente do processo Kraft.


Autores: Ana Flávia Bender; Jeanette Beber de Souza e Carlos Magno de Sousa Vidal.

Fonte: Tratamento de Água

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