Remoção de cor de efluente têxtil sintético por processos de eletrocoagulação e adsorção com carvões ativados produzidos a partir de folhas de Persea americana Mill. e de Cassia fistula L.

Abstract

As indústrias têxteis constituem fator de grande importância à economia brasileira, sendo um dos setores de maior tradição dentro do segmento industrial. Em contrapartida, esse tipo de indústria se caracteriza pelo alto consumo de água e, consequentemente, pelos expressivos volumes de efluentes gerados. Este resíduo líquido pode causar danos aos corpos receptores, representando um fator de risco sério à saúde, por apresentar substâncias potencialmente tóxicas. Em geral, o tratamento convencional deste efluente é composto por um tratamento biológico seguida de uma etapa físico-química. Entretanto, os poluentes presentes não são completamente degradados por estes tratamentos. Neste contexto, na última década novos métodos de tratamento têm sido investigados surgindo com grande destaque a eletrocoagulação e o processo de adsorção. A eletrocoagulação é uma tecnologia simples e eficaz para o tratamento e recuperação de efluentes, uma vez que oferece grandes vantagens como a formação de flocos mais estáveis, maior facilidade de sedimentação e efluente de elevada qualidade. Já o processo de adsorção, além de apresentar alta eficiência de remoção, destacam-se como principais vantagens a simplicidade operacional e a flexibilidade de utilização de adsorventes, proporcionando otimização e redução de custos. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de remoção dos corantes Levafix Brilliant Red e Remazol Preto B em efluente têxtil sintético envolvendo os processos de eletrocoagulação e de adsorção. Foram realizados ensaios otimizando o processo de eletrocoagulação a fim de se investigar os efeitos da intensidade de corrente e do pH com relação à remoção dos corantes no efluente têxtil sintético. Os resultados do processo de eletrocoagulação revelaram o potencial de aplicação desta tecnologia neste tipo de tratamento, onde valores de intensidade de corrente de 33 A e de pH inicial 3, proporcionaram remoção da concentração dos corantes na ordem de 85%. Além disso, o presente estudo objetivou produzir carvões ativados utilizando folhas de Persea americana Mill. e de Cássia fistula L., estudando sua caracterização estrutural, textural e morfológicas. O método simples de ativação física permitiu que os carvões ativados produzidos, adquirissem características básicas de um adsorvente, dispensando a ativação química. A análise termogravimétrica demostrou boa estabilidade térmica dos materiais e a microscopia eletrônica de varredura revelou a morfologia dos adsorventes com inúmeras cavidades irregulares e poros. Ambos os adsorventes possuíam mesoporos e apresentaram alta área superficial específica de 190 a 370 m².g-1. A análise de DRX indica que bandas correspondentes a estrutura da lignina nos adsorventes produzidos, sucede o processo de adsorção. No teste do pHPCZ concluiu-se que ambos os adsorventes possuem carga superficial negativa, demostrando afinidade de adsorção com compostos catiônicos. Para averiguação da efetividade dos adsorventes produzidos na remoção dos corantes, foram realizados planejamento fatorial experimental de adsorção (variáveis independentes: velocidade de agitação e dosagem de adsorvente), ensaios adsortivos cinéticos e isotérmicos, adsorção em colunas com regime de fluxo contínuo e ensaios toxicológicos. Em termos de eficiência na remoção dos corantes, foi possível determinar as melhores condições experimentais nos testes em batelada com velocidade de agitação de 100 rpm e dose de adsorvente de 5 g.L-1. Os resultados experimentais revelaram que o modelo cinético de pseudo-primeira ordem forneceu os melhores ajustes dos dados experimentais, assim como o modelo da isoterma de Langmuir. Os resultados dos ensaios em coluna de fluxo contínuo demonstraram a capacidade de adsorção da concentração dos corantes calculadas pelas curvas de ruptura em 8,71 e 6,41 mg por grama de adsorvente proveniente das folhas de Persea americana Mill. e Cássia fistula L., respectivamente. Para finalizar, os ensaios toxicológicos indicaram a efetividade do tratamento do efluente têxtil sintético com os adsorventes produzidos, resultando em um efluente sem toxicidade aguda para as sementes Lactuca sativa e o microcrustáceo Daphnia magna. Por conseguinte, cabe destacar que o processo adsortivo, cujos resultados foram mais efetivos do que a eletrocoagulação, agrega um caráter sustentável ao tratamento de efluentes, com a transformação de um resíduo inicialmente sem valor, como as folhas de árvores, em um adsorvente alternativo de baixo custo e com alta capacidade de adsorção.

Abstract: The textile industries are a sector of great importance to the Brazilian economy, being one of the sectors of greater tradition within the industrial segment. Otherwise, this industry type is characterized by high water consumption and, consequently, by significant volumes of generated effluents. This liquid residue can cause damage to receptor bodies, representing a serious health risk factor because it contains potentially toxic substances. In general, conventional treatment of this effluent is composed by a biological treatment followed by a physicochemical step. However, these pollutants are not completely degraded by conventional treatments. In this context, new methods of treatment have been investigated in the last decade highlighting the electrocoagulation and the adsorption process. Electrocoagulation is a simple and effective technology for treatment and recovery of effluents, since it offers great advantages such as formation of stable aggregates, greater sedimentability and high quality effluent. The adsorption process presents some advantages such as high removal efficiency, operational simplicity and flexibility of adsorbents use, providing optimization and cost reduction. The objective of the present work was to evaluate the removal efficiency of two dyes, Levafix Brilliant Red and Remazol Preto B, in synthetic textile effluent involving electrocoagulation and adsorption processes. Experiments were carried out to optimize electrocoagulation process in order to investigate the effects of current intensity and pH on the removal of the dyes in the synthetic textile effluent. The results of electrocoagulation process revealed the potential for the application of this technology in textile effluent treatment, where current intensity values of 33 A and initial pH of 3 resulted in 85% removal efficiency of dyes concentration. In addition, the present study aimed to produce activated carbon using leaves of Persea americana Mill. and Cassia fistula L., studying its structural, textural and morphological characterization. The simple physical activation method allowed activated carbons to acquire basic characteristics of an adsorbent, dispensing any chemical activation. Thermogravimetric analysis showed good thermal stability of the materials and the scanning electron microscopy revealed the morphology of the adsorbents with numerous irregular cavities and pores. Both adsorbents were characterized with mesopores and high specific surface area of 190 to 370 m².g-1. FTIR and XRD analyzes indicated that adsorption process occurs in the bands corresponding to the lignin structure. In the pHPCZ determination it was concluded that both adsorbents have a negative surface charge, showing adsorption affinity with cationic compounds. In order to investigate the effectiveness of the adsorbents produced in dye removal, some experiments were performed: experimental design of adsorption (independent variables: agitation speed and adsorbent dosage), kinetic and isothermal adsorption tests, column adsorption with continuous flow and toxicological tests. In terms of dye removal efficiency, it was possible to determine the best experimental conditions in batch tests with agitation speed of 100 rpm and adsorbent dose of 5 g.l-1. Experimental results revealed that kinetic model of pseudo-first order provided the best adjustments of experimental data, as well as Langmuir isotherm model. Results obtained with continuous flow column tests demonstrated that adsorption capacity of dyes, calculated by the breakthrough curves, were 8.71 and 6.41 mg per gram of adsorbent from the leaves of Persea americana Mill. and Cassia fistula L., respectively. To conclude, the toxicological tests indicated the effectiveness of the synthetic textile effluent treatment with the adsorbents produced, resulting in an effluent without acute toxicity for seeds of Lactuca sativa and microcrustacean Daphnia magna. Therefore, it should be noted that the adsorption process, whose results were more effective than electrocoagulation, adds a sustainable character to the effluents treatment, with the transformation of an initially worthless residue, as tree leaves, in an alternative adsorbent of low cost and with high adsorption capacity.