Influência da composição de águas residuais de tingimento de fibras têxteis no desempenho do processo de destilação por membranas

Abstract

No presente trabalho, corantes e produtos químicos auxiliares empregados no tingimento de fibras têxteis foram avaliados para identificar a influência da composição de águas residuais de tingimento no desempenho do processo de destilação por membrana por contato direto. A membrana utilizada foi a de politetrafluoretileno (PTFE) e as condições operacionais do processo de destilação foram vazão de alimentação de 1,5 L.min-1, vazão de permeado de 0,5 L.min-1 e temperatura de 60 °C. Foram realizadas soluções sintéticas com dois tipos de corantes: Preto Reativo (PR) e o Preto Disperso (PD), variando-se a concentração dos mesmos e também considerando os produtos auxiliares utilizados no tingimento de tecidos de algodão e de poliéster. Os auxiliares estudados foram sulfato de sódio, carbonato de sódio (barrilha), ácido fórmico, detergente e dispersante, sendo selecionados com base no tipo de corante utilizado. Águas residuais reais dos banhos de tingimento realizados em bancada também foram utilizadas para análise. Os resultados obtidos a partir da variação de concentração de corantes mostraram uma diminuição do fluxo de permeado à medida que a concentração de soluto aumenta. Esta redução foi mais acentuada para o corante PD, que obteve queda de 66% no fluxo enquanto para o PR foi de 37%, ambos quando considerada a variação de concentração de 0 para 3000 mg.L-1. Observou-se que as características físico-químicas dos corantes influenciam no processo e que o fenômeno de fouling foi mais pronunciado com o PD, conforme ficou evidenciado pelas caracterizações das membranas. Para a rejeição de cor, resultados acima de 98% foram obtidos com ambos os corantes. Os auxiliares foram então avaliados em misturas água-auxiliar e água-auxiliar-corante e comparados com a mistura sintética de água e corante. Os sais (sulfato de sódio e barrilha) demonstraram interferir pouco no processo de destilação por membranas e apresentaram rejeição de 100%. O ácido fórmico atravessou os poros da membrana devido à sua alta volatilidade, apresentando rejeição de apenas 66% e deteriorando a qualidade do permeado. O detergente e dispersante provocaram o total molhamento da membrana, causado pelas atrações hidrofóbica-hidrofóbica que ocorrem entre o surfactante e a membrana e também pelas características iônicas desses auxiliares. Por fim, as águas residuais reais do banho de tingimento foram testadas e o desempenho da destilação por membranas não foi efetivo devido à presença de surfactantes, que interferem na característica hidrofóbica da membrana, prejudicando o processo. Sendo assim, este trabalho mostrou que quanto maior a concentração de corantes, menor será o fluxo de permeado, sendo as características dos corantes diretamente ligadas aos valores de fluxos obtidos. E que os auxiliares influenciam no processo de DM, sendo o surfactante responsável por provocar o molhamento da membrana. No caso do ácido fórmico, o reaproveitamento localizado da solução obtida com a presença deste auxiliar pode ser uma alternativa para composição de novos banhos de tingimento, reutilizando assim a água que seria descartada.

Abstract: In the present work, dyes and chemical auxiliaries employed in dyeing textile fibers were evaluated to identify the influence of dyeing wastewater composition on the performance of the direct contact membrane distillation process. The membrane used was polytetrafluoroethylene (PTFE). The operating conditions of the distillation process were feed rate at 1.5 L.min-1, permeate rate at 0.5 L.min-1 and temperature at 60 °C. Synthetic solutions were made with two types of dyes: Reactive Black (RB) and Disperse Black (DB), varying their concentration and also considering the auxiliary products used in dyeing cotton and polyester fabrics. The auxiliaries studied were sodium sulfate, soda ash, formic acid, detergent and dispersant. They were selected based on the type of dye used. Real wastewater from the dyeing baths performed on laboratory were also used for analysis. Results from dye concentration variation showed a decrease in permeate flux as the dye concentration increased. This reduction was more pronounced for the DB dye, which had a drop of 66% in flux while for the RB it was 37%, both when considering the concentration range from 0 to 3000 mg.L-1. It was observed that the physicochemical characteristics of the dyes influence the process and that the fouling phenomenon was more pronounced with the DB, as evidenced by the membrane characterization. For color rejection, results above 98% were obtained with both dyes. The auxiliaries were then evaluated in water-auxiliary and water-auxiliary-dye mixtures and compared to the synthetic mixture of water and dye. The salts (sodium sulfate and soda ash) showed little interference in the membrane distillation process and have 100% of rejection. Formic acid has crossed the membrane pores due to its high volatility, rejecting only 66% and deteriorating permeate quality. The detergent and dispersant caused the total membrane wetting, caused by the hydrophobic-hydrophobic attractions that occur between the surfactant and the membrane and also by the ionic characteristics of these auxiliaries. Finally, the actual wastewater from the dyeing bath was tested and the performance of membrane distillation was not effective due to the presence of surfactants, and the performance of membrane distillation was not effective due to the presence of surfactants, which interfere in the hydrophobic characteristic of the membrane, impairing the process. Thus, this work showed that the higher the dye concentration, the lower the permeate flux, being the characteristics of the dyes directly linked to the obtained flux values. And that the auxiliaries influence the process of DM, being the surfactant responsible for causing the wetting of the membrane. In the case of formic acid, localized reuse of the solution obtained with the presence of this auxiliary may be an alternative for the composition of new dyeing baths, thus reusing the water that would be discarded.