Avaliação da eficiência de degradação de Azo corante Amido Black 10B em solução aquosa por ozonização

Abstract

A necessidade de adequação à legislação ambiental em vigor impõe às indústrias têxteis, custos cada vez maiores para projetos de sistemas de tratamento de efluentes gerados. Dessa forma, as empresas ou instituições precisam se adaptar às exigências e ajustarem seus orçamentos para a redução de impacto ambiental. As indústrias têxteis têm grande responsabilidade na degradação de corpos hídricos. Essas empresas geram efluentes com carga orgânica, cor e toxicidade elevadas. Assim, essas precisam adotar sistemas que tornam os processos têxteis mais eficientes e com aproveitamento e uso de tecnologias, as quais se utilizam de Processos Oxidativos Avançados (POAs). O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver por equipamento de ozonização em escala de bancada, a redução de um dos corantes presentes nos efluentes do processo industrial têxtil. Enquadra-se assim, com o que é estipulado pela legislação ambiental. Esse equipamento é formado por um sistema de geração de ozônio com reator em regime de batelada, específico para formação desse POA. Avaliou-se a eficiência ou capacidade de ozonização na degradação de corante Amido Black 10B em solução aquosa (concentração de 100mg/L) nesse Sistema Batelada. Ensaios preliminares de ozonização foram realizados, a fim de verificar seus efeitos na degradação do corante. Os experimentos dessa eficiência de degradação foram conduzidos em três etapas com a influência de parâmetros (condições) como: (1) efeito do pH (3, 7 e 11) na ozonização (O3); (2) efeito da adição de agente oxidante Peróxido de Hidrogênio - H2O2 (2, 5, 10 e 15mmol/L) para avaliação do sistema O3/H2O2 pH 7; (3) efeito da adição (dosagem) de reagente catalisador químico homogêneo – Ferro - do sulfato ferroso heptahidratado empregado - Fe2+ (razão de 15:1) para avaliação do sistema O3/H2O2/Fe2+ pHs 3 e 7. Os experimentos foram realizados durante 30min de reação com coletas periódicas ao longo do tempo (2, 5, 10, 20 e 30 minutos) com uma vazão de ozônio de 3 g/h. A concentração de corante nas amostras coletadas foi avaliada por espectrofotometria no comprimento de onda de 620nm e caracterizou-se quimicamente a solução aquosa tratada na melhor condição de remoção . Ainda, buscou-se avaliar a eficiência de remoção (realizaram-se comparações) de diferentes concentrações do corante 10B em solução aquosa nesse Sistema Batelada (50, 75 e 100mg/L) em pH 3. Para avaliar a efetiva ozonização e mineralização da solução aquosa, foram feitas análises de redução de Carbono Orgânico Total (COT); foi avaliada a geração de subprodutos da degradação (sulfatos e nitratos), através de análise por Cromatógrafo de Íons (IC); estudou-se o efeito do pH da solução aquosa do 10B antes e após processo de ozonização (bruto e tratado), através de análise de Espectrofotometria de Fluorescência 2D (EF2D). Foi realizado um estudo envolvendo a solução aquosa de corante 100 mg/L bruta e tratada por ozônio nos três diferentes pHs através de metodologia não supervisionada – PCA do sistema batelada. Não se conseguiu caracterizar satisfatoriamente a solução envolvida nesse parâmetro através de escores de PCA, então será realizado estudo em trabalho futuro, da viabilidade de utilização da técnica de EF2D no sistema com processo (regime de operação) contínuo (planta piloto com colunas de PVC). Os resultados mostram que o sistema O3/H2O2 apresentou a melhor eficiência de remoção na concentração de 10mmol/L de H2O2 (pH 11). Já para o sistema O3/H2O2/Fe2+, a melhor condição observada foi de 10mmol/L de H2O2 e razão de 15:1 de Ferro. Obteve-se a total eficiência de remoção de cor do corante, a partir de dez minutos de reação para o pH 11. A maior mineralização aconteceu em pH 7, correspondendo a 85%. O sistema de ozonização apresentou em aproximadamente dez minutos de reação (nos três pHs), cem por cento de degradação do corante e em pH 11 e em trinta minutos, 41,6% de mineralização. Ainda, obteve-se um percentual de remoção de DQO de 80% em trinta minutos para o mesmo pH. A DQO inicial da solução estudada foi de 123mgO2/L e o residual ficou em 25mgO2/L. Determinaram-se parâmetros indicativos do metabolismo de carboidratos - glicose e lactato (ecotoxicidade) da solução aquosa bruta de corante Amido Black 10B frente à concentração de 100mg/L e após o tratamento com ozônio (O3) com o bioindicador Danio rerio (Zebrafish). Nesse contexto, o sistema estudado mostrou-se uma alternativa eficaz para o tratamento de efluentes que possuam corantes derivados da indústria têxtil.

The need to adapt to the current environmental legislation imposes increasing costs of systems of treatment projects of generated effluents on the textile industries. This way, companies or institutions need to adapt to the requirements and adjust their budgets to reduce environmental impact. The textile industries have a great responsibility in the degradation of water bodies. These companies generate effluents with high organic load, color and toxicity. Thus, these adopt systems that make the textile processes more efficient and using technologies, which use Advanced Oxidative Processes (AOPs). The main objective of this work was to develop, through ozonation by benchtop scale equipment, the reduction of one of the dyes that are present in the industrial textile process effluents. This goes along with what is stipulated by the environmental legislation. This equipment is formed by an ozone generator with a batch reactor system, specific for the formation of Advanced Oxidative Process: Ozonation. The efficiency (or ozonation capacity) was evaluated in the degradation of Amido Black 10B dye in aqueous solution (100mg/L concentration) in a Batch System. Preliminary ozonation tests were performed to verify their effects on the dye degradation. The experiments of this degradation efficiency were conducted in three stages with the influence of parameter conditions such as: (1) effect of pH (3, 7 and 11) on ozonation (O3); (2) effect of the addition of Hydrogen Peroxide - H2O2 oxidizing agent (2, 5, 10 and 15mmol/L) for evaluation of the O3/H2O2 pH 7 system; (3) effect of the addition dosage of homogeneous chemical catalyst reagent ferrous sulfate heptahydrate - Fe2+ (15:1 ratio) that was applied in order to evaluate the O3/H2O2/Fe2+ pHs 3 and 7 system. The experiments were carried out during 30 minutes reactions with periodic collections over time (2, 5, 10, 20 and 30 minutes) with an ozone flow rate of 3g/h. The dye concentration in the collected samples was evaluated by spectrophotometry at the wavelength of 620nm and the treated aqueous solution in the best removal condition was chemically characterized. Furthermore, with the objective to evaluate the effectiveness of the removal (comparisons were made) of different 10B dye concentrations in aqueous solution in this batch systems (50, 75 and 100 mg/L) in pH 3. To evaluate the effective ozonation and mineralization of the 10B dye in aqueous solution (100mg/L concentration), total organic carbon reduction (TOC) analyzes were performed; the generation of by-products of the degradation (sulfates and nitrates), was evaluated through an analysis by Ion Chromatograph (IC); the effect of the pH of the 10B aqueous solution before and after the ozonation process (raw and treated) was studied through 2D Fluorescence Spectrophotometry (EF2D) analysis. A study was carried out involving the aqueous solution of 100mg/L raw and treated by ozone dye at three different pHs through unsupervised methodology - PCA of the batch system. It was not possible to satisfactorily characterize the solution involved in this parameter by means of PCA scores, then in the future work a study will be made on the viability of using the EF2D technique in the system with continuous (operation regime) process (pilot plant consist of PVC pipes). The results show that the O3/H2O2 system presented the best removal efficiency in the concentration of 10 mmol/L H2O2 (pH 11). For the O3/H2O2/Fe2+ system, the best observed condition was 10 mmol/L H2O2 and Fe2+ in 15:1 ratio. The total color removal efficiency of the dye was obtained from ten minutes of reaction to pH 11 on. The highest mineralization occurred at pH 7, corresponding to 85%. The ozonation system presented in approximately ten minutes of reaction (in the three pHs), one hundred percent of dye degradation, and at pH 11 and in thirty minutes, 41,6% of mineralization. In addition, a COD removal percentage of 80% was obtained in thirty minutes for the same pH. The initial COD of the studied solution was 123 mgO2/L and the residual COD was 25 mgO2/L. Changes in indicative parameters of the carbohydrate metabolism – glucose and lactate (ecotoxicity) were determined of the raw aqueous solution of Amido Black 10B dye against of 100 mg/L concentration, and after the treatment with ozone (O3) with the bioindicator Danio rerio (Zebrafish). In this context, the system studied system proved to be an effective alternative for the treatment of effluents containing dyes derived from the textile industry.