Desenvolvimento de um reator de cavitação hidrodinâmica para aplicação de ozônio no tratamento de efluentes têxteis

Abstract

As indústrias têxteis compõem uma parte considerável da economia nacional e fazem parte do setor de transformação gerando mais de 1,3 milhão de empregos. Com legislação ambiental mais rígida, esse setor é um dos mais críticos ambientalmente avaliando o consumo de água e geração de efluentes. A busca por métodos viáveis e sustentáveis para o tratamento e reaproveitamento de efluentes é continuamente estudada, visando mitigar o impacto ambiental deste setor. Entre os métodos estudados está o processo de degradação de corantes em efluentes por oxidação com ozônio (O3), que têm potencial para ser implementado, mas precisa se tornar economicamente viável. Esses sistemas necessitam de geradores de O3 de larga escala devido ao alto volume de efluentes gerados. Esta dissertação apresenta os resultados da investigação da aplicação de O3 via cavitação hidrodinâmica (R-HC) na oxidação de corantes têxteis. Construímos diferentes reatores R-HC para investigar os parâmetros relevantes do processo como pressão, vazão de recirculação, concentração de O3 na fase gasosa e a influência das condições de operação na aplicação de O3 e na eficiência de degradação dos corantes. O R-HC foi comparado com um sistema de oxidação usando bolhas em um frasco lavador para avaliar a eficiência. Esta investigação utilizou os corantes Rodamina (Rh) B400% e Flavina (Fv) 8G em pH=4 e pH=9 (individualmente) e nas seguintes proporções de dois componentes: Fv:Rh - 1:1, Fv:Rh - 1 :3 e Fv:Rh - 3:1 em pH=6,5. Durante a oxidação dos corantes, foram coletadas amostras das soluções e obtidos dados de consumo de O3 na entrada e saída do sistema. Os dados de consumo de O3 foram obtidos pela leitura da concentração dos gases descartados. A eficiência e validação do sistema foram determinadas através da análise de carbono orgânico total (COT), demanda química de oxigênio (DQO), toxicidade e cor. As análises de TOC não mostraram diferenças significativas com a variação de pH, mas mostraram que o menor consumo de O3 foi para a condição Fv:Rh - 1:1 e o maior para Rh em pH = 4, necessitando de 3,08 e 16,87 mmol de O3/mmol de corante, respectivamente. Avaliando o comportamento da DQO, as condições com pH = 9,0 apresentaram maior eficiência de redução. Em relação à avaliação da descoloração, as condições individuais que estavam em pH = 4 apresentaram a maior eficiência, porém ao avaliar o consumo de O3, a maior demanda foi para Rh em pH = 9 e a menor para a condição Fv:Rh - 3:1, de 8,00 e 1,77 mmol de O3/mmol de corante, respectivamente. As análises cinéticas de degradação de cor e TOC mostraram um comportamento de primeira e segunda ordem, respectivamente. Testes de toxicidade comprovaram a eficiência do processo de oxidação com redução do fator de diluição para FT = 1,0.

Abstract: Textile industries make up a considerable part of the national economy and make a party's transformation sector generating more than 1.3 million jobs. With stricter environmental legislation, this sector is one of the most critical environmentally when assessing water consumption and effluent generation. The search for viable and sustainable methods for the treatment and reuse of effluent is continuously studied, aiming to mitigate the environmental impact of this sector. Among the methods studied is the process of degradation of effluent dyes by oxidation with ozone (O3), which have the potential to be implemented but need to become economically viable. These systems need large-scale O3 generators due to the high volume of effluents generated. This dissertation presents the results of investigating the application of O3 via hydrodynamic cavitation (R-HC) in the oxidation of textile dyes. We built different reactors R-HC to investigate the relevant parameters of the process as pressure, recirculation flow, O3 concentration in the gas phase, and the influence of operating conditions in the O3 application and on the degradation efficiency of the dyes. The R- HC was compared with an oxidation system using bubbles in a washer flask to value efficiency. This investigation used the dyes Rhodamine (Rh) B400% and Flavin (Fv) 8G at pH=4 and pH=9 (individually) and in the following two-component proportions: Fv:Rh - 1:1, Fv:Rh - 1:3, and Fv:Rh - 3:1 at pH=6.5. During the oxidation of the dyes, were collected samples of the solutions and data of O3 consumption at the inlet and outlet of the system were obtained. O3 consumption data was obtained by reading the concentration of discarded gases. The system?s efficiency and validation were determined through the analysis of total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), toxicity, and color. The TOC analyzes did not show significant differences with the pH variation, but it showed that the lowest ozone consumption was for the Fv:Rh - 1:1 condition and the highest for Rh at pH = 4, requiring 3.08 and 16.87 mmol of O3/mmol of dye, respectively. Evaluating the behavior of COD, the conditions with pH = 9.0 showed greater reduction efficiency. Regarding the evaluation of discoloration, the individual conditions that were at pH = 4 showed the highest efficiency, but when evaluating the consumption of O3, the highest demand was for Rh at pH = 9 and the lowest for the condition Fv:Rh - 3 :1, of 8.00 and 1.77 mmol O3/mmol dye, respectively. The kinetic analyzes of color degradation and TOC showed a first and second-order behavior, respectively. Toxicity tests proved the efficiency of the oxidation process with reduction of factor dilution to FT = 1.0.