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Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de Lorena
Vitor Correa Hercolin
ESTUDO SOBRE O TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA
PARA SEU REUSO EM UM NOVO PROCESSO DE LAVAGEM
Lorena
2015
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de Lorena
Vitor Correa Hercolin
Estudo sobre o tratamento de água residual de lavanderia para seu reuso
em um novo processo de lavagem
Projeto de monografia apresentado à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo como requisito parcial para obtenção de título de Engenheiro Químico. Área de concentração: Engenharia Ambiental e Processo de Separação. Orientadora: Profª Drª Teresa Cristina Brazil de Paiva
Lorena
2015
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Hercolin, Vitor Correa Estudo sobre o tratamento de água residual delavanderia para seu reuso em um novo processo delavagem. / Vitor Correa Hercolin; orientadora ProfªDrª Teresa Cristina Brazil de Paiva. - Lorena, 2015. 53 p.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaQuímica - Escola de Engenharia de Lorena daUniversidade de São Paulo. 2015Orientadora: Profª Drª Teresa Cristina Brazil dePaiva
1. água residual de lavanderia. 2. Tratamento deágua. 3. Reuso de água. I. Título. II. de Paiva,Profª Drª Teresa Cristina Brazil , orient.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Wagner e Raquel, que cоm muito amor е apoio, contribuíram
intensamente para que eu chegasse até essa etapa de minha vida.
Ao meu irmão, Bruno, por acreditar sempre em mim e ser um grande exemplo.
A toda minha família pelo incentivo е pelo apoio constante.
Aos professores, pelo ensinamento transmitido e pela compreensão.
À minha orientadora, Profª Drª Teresa Cristina Brazil de Paiva, pela
disponibilidade e paciência nа orientação е incentivo qυе tornaram possível а
conclusão desta monografia.
Aos companheiros de república pela amizade, companheirismo e por serem
minha segunda família.
Aos meus amigos, pеlаs alegrias e, até mesmo tristezas compartilhadas.
Aos meus companheiros e orientadores de estágio, pela convivência e
aprendizado.
À minha companheira Laís por todo apoio e torcida em direção ao meu sucesso.
RESUMO
HERCOLIN, Vitor Correa Estudo sobre o tratamento de água residual de
lavanderia para seu reuso em um novo processo de lavagem. 2015. 53f.
Projeto de monografia (Trabalho de conclusão de curso) – Escola de Engenharia
de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena, 2015.
A escassez de água é iminente, dado ao uso sem planejamento dos recursos
hídricos, somado aos fatores naturais que contribuem para um agravamento do
problema de água potável. Neste cenário, a necessidade de mudanças
comportamentais da população, assim como utilização de métodos de
reaproveitamento de água, surgem como medidas de urgência para uma
desaceleração do processo de esgotamento hídrico. Um grande consumidor de
água é o processo de lavagem de roupas. Este trabalho tem por objetivo estudar,
com base em uma revisão de dados disponíveis na literatura, as características
do efluente do processo de lavagem, assim como tipos de tratamentos de águas
residuais, viabilizando um processo para o reuso dessa água para o próprio uso
em lavanderia. Entender as eficiências de remoção dos diversos tratamentos em
relação a cada parâmetro de interesse é essencial para definição do sistema de
tratamento a ser implementado. Ao mesmo tempo a dificuldade de padronização
do efluente em questão é real, devidos aos diferentes hábitos relacionados a
cultura e costumes. Através da análise de trabalhos realizados nessa área foi
possível confirmar a viabilidade desta prática que não visa apenas uma
recompensa econômica mas, também, a possibilidade de práticas mais
sustentáveis, em um tempo caracterizado pela crescente escassez de recursos
naturais.
Palavras-chave: água residual de lavanderia, tratamento de água, reuso de água.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Processos biológicos de tratamento de água. ..................................... 27
Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto. .................................. 28
Tabela 3 - Valor dos parâmetros no processo de tratamento onde pectina extraída
da casca de laranja sozinha (6mL/L) é usada como coagulante pelo período de
retenção de 24 h. .................................................................................................. 31
Tabela 4 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do
tratamento pelo processo de coagulação. ............................................................ 32
Tabela 5 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do
tratamento com membranas. ................................................................................ 33
Tabela 6 - Parâmetro de qualidade do efluente bruto e após o tratamento por
coagulação/floculação* e adsorção/coagulação/floculação**. .............................. 35
Tabela 7 - Resultados dos parâmetros físico-químicos dos efluentes bruto, tratado
por coagulação/floculação e adsorção/coagulação/floculação. ............................ 36
Tabela 8 - Qualidade da água alimentada e drenada do biorreator a membrana na
escala piloto. ......................................................................................................... 39
Tabela 9 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração
a membrana (escala piloto). .................................................................................. 40
Tabela 10 - Qualidade da água alimentada e drenada do bioreator a membrana
na planta em grande escala. ................................................................................. 41
Tabela 11 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de
filtração a membrana (larga escala). ..................................................................... 41
Tabela 12 - Características da água residual investigada. .................................... 43
Tabela 13 - Valores dos parâmetros de interesse após as etapas de filtração por
carvão ativado e permeação por membrana UF. .................................................. 45
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Quantidade de água gasta diariamente. ............................................... 13
Figura 2 ................................................................................................................. 14
Figura 3 - Fluxograma do processo de reciclagem. .............................................. 38
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABES Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental
AOX Compostos Orgânicos Halogenados Adsorvíveis
AWWA American Water Works Association
BIAS Bismuth active substances
CETESB Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
DBO Demanda Biológica de Oxigênio
DBO5 Demanda Bioquímica de Oxigênio medida durante um período de 5 dias
DQO Demanda Química de Oxigênio
FEPAM Fundação Estadual de Proteção Ambiental
IPT Instituto de Pesquisa Tecnológica
LAS Lauril Sulfato de Sódio
MBAS Methylene blue active substances
MBR Biorreator de Membrana
OD Oxigênio Dissolvido
OMS Organização Mundial da Saúde
OR Osmose Reversa
PAC Policloreto de alumínio
PNCDA Programa Nacional de Combate ao Desperdício de Água
pH Potencial hidrogeniônico
SST Sólidos Suspensos Totais
UF Ultrafiltração
LISTA DE SÍMBOLOS
mg Miligrama
L Litro
NTU Unidade Nefelométrica de Turbidez
uH Unidade Hazen (mg-Col.L-1).
uT Unidade de Turbidez
s Segundo
m Metro
g Grama
ºC Grau Celsius
min Minuto
mm Milímetro
μm Micrômetro
mL Mililitro
cel Células
S siemens
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 12
1.1. MOTIVAÇÃO ........................................................................................... 12
1.2. OBJETIVO GERAL .................................................................................. 15
1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 15
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 16
2.1. SUSTENTABILIDADE .............................................................................. 16
2.2. REUSO DE ÁGUA ................................................................................... 16
2.2.1. BENEFÍCIOS DO REUSO DA ÁGUA ................................................ 18
2.3. COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA ....................... 20
2.4. TIPOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA ...................................................... 21
2.4.1. COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO ........................................................ 21
2.4.2. DECANTAÇÃO.................................................................................. 23
2.4.3. FLOTAÇÃO ....................................................................................... 23
2.4.3.1. Flotação eletrostática .................................................................. 23
2.4.3.2. Flotação por ar disperso ............................................................. 23
2.4.3.3. Flotação por ar dissolvido ........................................................... 24
2.4.4. FILTRAÇÃO ...................................................................................... 24
2.4.5. CARVÃO ATIVO ................................................................................ 24
2.4.6. PROCESSO DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS ........................ 25
2.4.6.1. Osmose reversa .......................................................................... 25
2.4.6.2. Microfiltração ............................................................................... 25
2.4.6.3. Ultrafiltração ................................................................................ 26
2.4.7. TRATAMENTO BIOLÓGICO ............................................................. 26
2.4.8. TRATAMENTOS OXIDATIVOS:........................................................ 26
2.3.8.1. Processo de Fenton ...................................................................... 26
2.4.9. TRATAMENTOS DIVERSOS ............................................................ 29
3. ESTUDO DE CASO: TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE
LAVANDERIA ....................................................................................................... 31
3.1. UNIVERSIDADE DE MARBOR ............................................................... 31
3.2. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
GRANDE DO SUL ............................................................................................. 34
3.3. PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA
EM UMA LAVANDERIA INDUSTRIAL ALEMÃ ................................................. 36
3.3.1. Descrição do processo ...................................................................... 37
3.3.2. Composição da planta. ...................................................................... 38
3.3.3. Resultados da planta piloto ............................................................... 38
3.3.4. Resultados da planta de larga escala ................................................ 40
3.4. DEMONSTRAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO PARA
PURIFICAÇÃO E REUSO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA. .............. 42
3.4.1. Características da água residual ....................................................... 42
3.4.2. Reagentes ......................................................................................... 43
3.4.3. Protótipo de larga escala ................................................................... 43
3.4.4. Resultados ........................................................................................ 44
3.4.5. Limpeza da membrana UF ................................................................ 45
3.4.6. Testes de reuso ................................................................................. 46
4. DISCUSSÃO .................................................................................................. 47
5. CONCLUSÃO ................................................................................................ 48
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ........................................................................... 49
Para dar continuidade a esse trabalho, visando futuros estudos, propõe-se
buscar informações e analisar, com base nos dados obtidos, os seguintes
assuntos: ........................................................................................................... 49
6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................. 51
12
1. INTRODUÇÃO
1.1. MOTIVAÇÃO
O crescente aumento da população e a cultura de um uso inconsequente da
água, somado às adversidades climáticas guiam para uma situação cada vez
mais crítica em relação aos recursos hídricos disponíveis. Nenhuma questão hoje
é mais importante do que a da água. Dela depende a sobrevivência de toda a
cadeia da vida e, consequentemente, de nosso próprio futuro. Ela pode ser motivo
de guerra como de solidariedade social e cooperação entre os povos (BOFF,
2015).
Segundo Ney Maranhão, então secretário de recursos hídricos do Ministério do
Meio Ambiente, declarou que: “teremos que mudar a conduta em relação ao uso
desse recurso”. Analisando a situação atual, o secretário afirma que o tópico que
mais será abordado nos próximos dez anos será sobre como administrar bem a
água e que secas como as ocorridas no Sudeste, poderão se tornar mais
frequentes (Folha de São Paulo, 2015). Seguindo a linha de pensamento do
secretário, não apenas uma mudança cultural e comportamental será suficiente
para reverter a situação. O desenvolvimento de novas técnicas para aumentar a
disponibilidade de água através de seu reuso, aprece como uma das grandes
promessas para aumentar a disponibilidade de recursos hídricos. Não será
apenas preciso mudar, será necessário reaprender a usar e reutilizar a água.
A Organização Mundial da Saúde (OMS), conseguiu estipular uma média
coerente de consumo de água por pessoa em 24 horas. Uma pessoa deveria
gastar em média 50 litros de água por dia (Figura 1). Essa seria a quantidade
recomendada para se viver com maneiras dignas visando evitar desperdícios,
entretanto o que acontece na prática é muito diferente (NUNES, 2011).
Observando o micro e o macro ambiente, pode-se ver como o homem está
interligado, de maneira íntima e sem possibilidade de desprendimento, com o uso
13
da água. Olhando de uma forma geral pode-se reparar que os seres humanos são
reféns diariamente do consumo de água para executar inúmeras funções da sua
rotina. A Figura 2 apresenta a relação do consumo de água com as atividades
diárias.
Todos os dias milhares de brasileiros lavam suas roupas, utilizando suas
máquinas de lavar. A quantidade de água suja despejada pelos ralos é um dado
palpável. Fazer uma análise dos resíduos presentes na água suja, descartada
pela máquina, após sua lavagem, é importante para poder ampliar o
conhecimento de causa.
O estudo das possibilidades de tratamentos coerentes com a realidade
apresentada pela água suja descartada pelas máquinas de lavar, confirma que
existe campo a ser estudado e principalmente aprofundado.
Figura 1 - Quantidade de água gasta diariamente.
Fonte: Planeta Sustentável, 2011
Ter a oportunidade de reaproveitar a água proveniente de processos que
consomem grande fatia desse bem mundial é fundamental. Ser capaz de reutilizar
14
a água, para o mesmo fim ou até mesmo para fins adversos, se torna uma
medida otimista no caminho para fortalecer o uso mais consciente desse recurso.
Muitos são os processos disponíveis para o tratamento de águas residuais,
entretanto encontrar um processo que não se limite apenas em satisfazer a
qualidade da água tratada, como também, possa ser apresentado como uma
opção economicamente viável é o atual desafio. O trabalho apresenta uma
proposta que não seja apenas uma ideia utópica e sim, algo que possa realmente
ser utilizado nos mais diversos segmentos. Desde indústrias até finalidades
domésticas, harmonizando os dois conceitos: economia consciente de água sem
acarretar prejuízos financeiros, gerando assim um cenário incentivador para a
prática sustentável.
Figura 2 –
Fonte: PHILIPPI, 2009
15
1.2. OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo avaliar, através de uma revisão estudos de casos
e de técnicas disponíveis na literatura sobre a viabilidade do tratamento de água
residual de lavanderia, possibilitando o seu reuso no processo de lavagem.
1.3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Avaliar as características de uma água residual de lavanderia;
Abordar os tipos de tratamento de água residual;
Avaliar as características da água tratada, viabilizando seu reuso no processo
de lavagem;
Avaliar a possibilidade de ajustar os procedimentos de tratamento já existentes
para um modelo mais sustentável (por exemplo, a utilização de substâncias de
origem natural);
16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. SUSTENTABILIDADE
Sustentabilidade tem sua definição clássica proveniente de meados dos anos 80,
que diz: “desenvolvimento sustentável é aquele que atende as necessidades das
gerações atuais sem comprometer a capacidade das gerações futuras de
atenderem a suas necessidades e aspirações” (BRUNDTLAND, 1987). Porém,
com o passar dos anos essa definição haveria de ser ao menos reinterpretada.
Pois, segundo Leonardo Boff, esse conceito é incompleto por somente considerar
o ser humano e, assim, ele mesmo redefiniu o conceito em suas palavras.
“Sustentabilidade é toda ação destinada a manter as condições energéticas,
informacionais, físico-químicas que sustentam todos os seres, especialmente a
terra viva, a comunidade de vida e a vida humana, visando a sua continuidade e
ainda a atender as necessidades da geração presente e das futuras, de tal forma
que o capital natural seja mantido e enriquecido em sua capacidade de
regeneração, reprodução e coevolução” (BOFF, 2012).
Ainda baseado em uma análise do próprio Leornardo Boff, a sustentabilidade não
está apenas atrelada a manutenção dos recursos existentes, mas também da
capacidade de se conseguir reproduzir e enriquecer o capital natural.
2.2. REUSO DE ÁGUA
A reciclagem ou reuso de água não é um conceito novo na história do nosso
planeta. A natureza, por meio do ciclo hidrológico, vem reciclando e reutilizando a
água há milhões de anos, e com muita eficiência (MANCUSO, 2003).´
17
Segundo a Sabesp, a água de reuso é obtida através do tratamento avançado
dos esgotos gerados pelos imóveis conectados à rede coletora de esgotos. Pode
ser utilizada em processos que não requerem água que seja potável, mas
sanitariamente segura, gerando a redução de custos e garantindo o uso racional
da água.
Segundo Lavrador Filho (1987), reuso de água é o aproveitamento de águas
previamente utilizadas, uma ou mais vezes, em alguma atividade humana, para
suprir as necessidades de outros usos benéficos, inclusive o original (FRANCO,
2007).
A literatura pode ser bastante rica em terminologias do reuso de água, por outro
lado existe discrepância entre vários autores, dificultando o entendimento da
prática.
De maneira geral, o reuso da água pode ocorrer de forma direta ou indireta, por
meio de ações planejadas ou não.
De acordo com a Organização Mundial da Saúde (1973), tem-se:
Reuso indireto: ocorre quando a água já usada, uma ou mais vezes para
uso doméstico ou industrial, é descarregada nas águas superficiais ou
subterrâneas e utilizada novamente a jusante, de forma diluída;
Reuso direto: é o uso planejado e deliberado de esgotos tratados para
certas finalidades como irrigação, uso industrial, recarga de aquífero e água
potável;
Reciclagem interna: é o reuso da água internamente à instalações
industriais, tendo como objetivo a economia de água e o controle da poluição
(MANCUSO, 2003).
Westerhoff (1984) classifica reuso de água em duas grandes categorias: potável e
não potável. Por sua praticidade e facilidade, essa classificação, foi adotada pela
Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental (ABES), seção São
Paulo.
O reuso potável pode ser direto ou indireto.
18
Reuso potável direto: quando o esgoto recuperado, por meio de tratamento
avançado, é diretamente reutilizado no sistema de água potável.
Reuso potável indireto: caso em que o esgoto, após tratamento, é disposto na
coleção de águas superficiais ou subterrâneas para diluição, purificação natural e
subsequente captação, tratamento e finalmente utilizado como água potável.
O reuso não potável pode ter várias aplicações, dentre as mais importantes cita-
se: fins agrícolas, fins industriais, fins domésticos, manutenção de vazões,
aquicultura, recarga de aquíferos subterrâneos, etc. (MANCUSO, 2003).
A presença de organismos patogênicos, metais pesados e compostos orgânicos
sintéticos na grande maioria dos efluentes disponíveis para reuso, principalmente
naqueles oriundos de estações de tratamento de esgotos de grandes
conurbações com polos industriais expressivos, classifica o reuso potável como
uma alternativa associada a riscos muitos elevados, tornando-o, praticamente,
inaceitável. Além disso, os custos dos sistemas de tratamento avançados que
seriam necessários levariam, na maioria dos casos, à inviabilidade econômico-
financeira do abastecimento público, não ocorrendo, ainda, ante as considerações
anteriormente efetuadas, garantia de proteção adequada da saúde pública dos
consumidores (MANCUSO, 2003).
2.2.1. BENEFÍCIOS DO REUSO DA ÁGUA
De acordo com Sibylle Korff Muller, engenheira da AcquaBrasilis Meio Ambiente,
empresa especializada no tratamento de esgoto doméstico, o principal benefício
do reuso de água é preservar os recursos hídricos do Planeta e permitir que a
chamada água potável seja direcionada apenas para as finalidades mais nobres,
como as de consumo humano e animal e as de contato direto com as pessoas
(LEGNER, 2013)
19
“Tendo em vista os altos preços da água potável e, substituindo-
se por água de reuso, os volumes de água geralmente usados em
todos os fins em que a potabilidade não é necessária reduz-se o
volume de consumo de água comprado das concessionárias de
águas e esgotos e, garante-se ao empreendedor/usuário, uma
enorme economia financeira pela redução de sua conta de água”,
ressalta.
Luiz Abrahão, engenheiro de tecnologias e processos da Veolia Water Brasil,
explica o benefício do ponto de vista industrial (LEGNER, 2013).
“Nas indústrias, por exemplo, ao mesmo tempo em que agrega
uma dimensão econômica ao planejamento econômico dentro da
sua política de gestão dos recursos hídricos, acrescenta também
a boa prática ambientalmente correta, valorizando os seus
produtos e marca junto aos seus consumidores”.
De uma maneira mais específica, os benefícios podem ser listados da seguinte
maneira (FIESP; CIESP, 2004):
Benefícios ambientais:
• Redução do lançamento de efluentes industriais em cursos d´água,
possibilitando melhorar a qualidade das águas interiores das regiões mais
industrializadas.
• Redução da captação de águas superficiais e subterrâneas, possibilitando uma
situação ecológica mais equilibrada.
• Aumento da disponibilidade de água para usos mais exigentes, como
abastecimento público, hospitalar, etc.
Benefícios econômicos:
• Conformidade ambiental em relação a padrões e normas ambientais
estabelecidos, possibilitando melhor inserção dos produtos brasileiros nos
mercados internacionais;
20
• Mudanças nos padrões de produção e consumo;
• Redução dos custos de produção;
• Aumento da competitividade do setor;
• Habilitação para receber incentivos e coeficientes redutores dos fatores da
cobrança pelo uso da água.
Benefícios sociais:
• Ampliação da oportunidade de negócios para as empresas fornecedoras de
serviços e equipamentos, e em toda a cadeia produtiva;
• Ampliação na geração de empregos diretos e indiretos;
• Melhoria da imagem do setor produtivo junto à sociedade, com reconhecimento
de empresas socialmente responsáveis.
2.3. COMPOSIÇÃO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA
A composição da água residual proveniente de processo de lavanderia é
complexa e variável, o que torna seu estudo um grande desafio. Devido a este
fator é complicado desenvolver, com exatidão, um processo universal para o
tratamento de água residual de lavanderia.
O processo deve ser estudado e aplicado a condições com o menor número de
variáveis possíveis, em uma tentativa de padronizar as características no efluente
a ser tratado (CHRISTOVA-BOALA, EDEN E MCFARLANE, 1996).
Na tentativa de caracterizar esse resíduo, foi realizado um estudo por Braga e
Varesche (2014) com águas residuais de lavanderia, na cidade de São Carlos,
através da análise de amostras de 30 dias de uma lavanderia comercial. A
conclusão desse trabalho foi de que mesmo coletando amostras de uma mesma
21
fonte, a variação de parâmetros entre amostras, assim como, suas características
é grande. Esses dados deixam evidente a necessidade da realização de mais
estudos a respeito da caracterização desse tipo efluente.
A emissão de efluentes contaminados com surfactantes causa severas alterações
no ecossistema, pois muitas das atividades de seres vivos aquáticos dependem
da tensão superficial da água. Surfactantes aniônicos podem se prender a
peptídeos, enzimas e DNA. Ao se ligar a proteínas e peptídeos pode mudar a
carga superficial da molécula, consequentemente, mudando sua função biológica.
De uma maneira geral, a água residual proveniente de lavanderia é composta por
variáveis níveis de sólidos suspensos, sais, nutrientes, matéria orgânica e
patogênicos que são provenientes das roupas e dos detergentes e amaciantes
utilizados no processo de lavanderia. Detergentes são os químicos orgânicos
mais abundantes nos efluentes municipais (BRAGA e VARESCHE, 2014).
2.4. TIPOS DE TRATAMENTO DE ÁGUA
Diversos são os métodos disponíveis para o tratamento de águas residuais.
Inúmeras variações são geradas por conta de diferentes reagentes químicos
utilizados, ou mesmo diferentes materiais empregados nos tratamentos.
Entretanto, um processo de tratamento consiste em nada mais do que um
conjuntos de etapas de tratamento. Cada etapa tem a finalidade de retirar um
determinado tipo de resíduo e a quantidade de etapas presentes no processo vai
depender da qualidade da água exigida ao final do processo (FRANCO, 2007).
A seguir serão listadas algumas etapas de tratamento de água residuais:
2.4.1. COAGULAÇÃO/FLOCULAÇÃO
22
Coagulação/Floculação: etapa utilizada para aglutinação das partículas
dissolvidas no meio, para sua posterior deposição por decantação. Existem
inúmeras substâncias utilizadas para realizar esse processo, sua escolha irá
depender da composição da água a ser tratada. Normalmente utilizada como um
pré-tratamento (TRIPATHY e DE, 2006).
O processo de coagulação/floculação está relacionado a velocidade de mistura.
Existem dois tipos de velocidade de mistura com finalidades diferentes. De acordo
com a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental – CETESB (E7 410,
1977), a mistura rápida é a operação destinada a dispensar os produtos químicos
na água a ser tratada, enquanto que a floculação é requerida para promover a
agregação de partículas desestabilizadas na mistura rápida. Segundo a norma
técnica E7 410 (1977), as condições ideais (em termos de gradiente de
velocidade médio e tempo de agitação na coagulação e floculação e a
concentração da solução do coagulante a ser utilizado) devem ser determinadas,
preferencialmente, em ensaios de laboratório (DI BERNARDO e PAZ, 2009).
A coagulação é um processo que consiste na desestabilização das partículas
coloidais ou neutralização das moléculas de substâncias húmicas, através de dois
fenômenos: o primeiro, essencialmente químico, em que acontecem as reações
do coagulante com a água e a formação de espécies hidrolisadas com carga
positiva ou os precipitados do metal do coagulante usado; o segundo,
fundamentalmente físico, consiste no transporte das espécies hidrolisadas ou dos
precipitados para que haja contato com as impurezas presentes na água, de
maneira que formem aglomerados maiores, os quais podem ser removidos nas
unidades seguintes. O processo de coagulação é realizado em unidades de
mistura rápida, as quais podem ser hidráulicas (vertedores Parshall ou retangular,
injetores, difusores, etc.), mecânicas (câmara com agitador) e especiais
(misturadores estáticos) (DI BERNARDO E PAZ, 2009).
A floculação é a operação que sucede à mistura rápida e consiste no
agrupamento das partículas desestabilizadas, de modo que formem aglomerados
maiores denominados flocos, susceptíveis de remoção nas unidades seguintes
(DI BERNARDO e PAZ, 2009).
23
2.4.2. DECANTAÇÃO
É o fenômeno físico em que, devido à ação da gravidade, as partículas suspensas
apresentam movimento descendente em meio líquido de menor massa específica.
A ocorrência da sedimentação das partículas suspensas propicia clarificação do
meio líquido, ou seja, separação das fases líquida e sólida (DI BERNARDO e
PAZ, 2009).
2.4.3. FLOTAÇÃO
A flotação clarifica a água pela ascensão das partículas suspensas aderidas às
micro-bolhas de ar. Os métodos de produção de micro-bolhas utilizados são:
flotação eletrostática, flotação por ar disperso e flotação por ar dissolvido (AWWA,
2002).
2.4.3.1. Flotação eletrostática
A base da técnica é a produção de micro-bolhas de hidrogênio e oxigênio em uma
solução aquosa diluída devido à passagem de corrente elétrica entre dois
elétrodos (DI BERNARDO e PAZ, 2009).
2.4.3.2. Flotação por ar disperso
A técnica utiliza produtos químicos para geração e sustentação das micro-bolhas
(DI BERNADO e PAZ, 2009).
24
2.4.3.3. Flotação por ar dissolvido
As micro-bolhas são produzidas pela redução de pressão de água saturada com o
ar. Esse método de flotação é comumente empregado no tratamento de água
para abastecimento (DI BERNARDO e PAZ, 2009).
2.4.4. FILTRAÇÃO
Etapa para separação de resíduos sólidos suspensos, pela passagem do líquido
através de areia ou outro material com poros de tamanho médio. Também
utilizada como um pré-tratamento ou como um pós-tratamento à etapa de
coagulação/floculação, para retirada do corpo de fundo formado.
2.4.5. CARVÃO ATIVO
O carvão ativado é um tipo de material carbonáceo, caracterizado por possuir
área superficial interna elevada e porosidade altamente desenvolvida
(COUTINHO et.al., 2000), de forma a possibilitar a adsorção de moléculas tanto
em fase líquida como gasosa.
A capacidade adsortiva do carvão ativado em relação a um contaminante
específico depende de fatores intrínsecos do adsorvente, resultantes
basicamente, da forma de ativação e do material de produção, tais como: volume
e distribuição de poros, forma dos poros, existência de grupos funcionais de
superfície, pH, teor de cinzas entre outros (KURODA et. al., 2005).
Etapa responsável pela remoção através da adsorção de substâncias orgânicas
dissolvidas na água, eliminado cor, odor e mau gosto. Além disso, o carvão
25
ativado remove compostos orgânicos, fenólicos e substâncias que diminuem a
qualidade da água, como pesticidas, micropoluentes, podendo atuar como
barreira a bactérias e vírus. É utilizado como um pré-tratamento a etapa de
tratamento por membranas ou até mesmo como um pós-tratamento
(MUCCIACITO, 2009).
2.4.6. PROCESSO DE SEPARAÇÃO POR MEMBRANAS
Separação de partículas e micro-organismos, dos mais variados tamanhos, de
acordo com o tipo de membrana utilizada (microfiltração 10-1µm, ultrafiltração 10-
2-10-1µm, nanofiltração 10-3-10-2µm) (MULDER, 1997).
2.4.6.1. Osmose reversa
Processo de separação por membranas com capacidade para retenção de íons
(10-4-10-3 µm) baseado na pressão osmótica reversa diferencial. Utilizada para
altos graus de pureza, porém necessita de inúmeros pré-tratamentos com o
objetivo de não prejudicar a vida útil da membrana (MULDER, 1997).
2.4.6.2. Microfiltração
Microfiltração é o processo de separação por membranas que mais se assemelha
a filtração grosseira. O tamanho de poro das membranas de microfiltração são da
ordem de 10 µm a 0,05 µm, tornando o processo adequado para retenção de
suspensões e emulsões. A pressão necessária para realizar o processo é baixa
com valor < 2 bar (MULDER, 1997)
26
2.4.6.3. Ultrafiltração
O processo de ultrafiltração se encontra entre a microfiltração e a nanofiltração. O
tamanho de poro das membranas usadas para esse processo variam entre 0,05
µm a 1 µm. Ultrafiltração é tipicamente utilizada para retenção de macromoléculas
e coloides de uma solução. Membranas de ultrafiltração e microfiltração podem
ser ambas consideradas como membranas porosas, onde a rejeição é
principalmente pelo tamanho e forma de solutos relativos ao tamanho de poro na
membrana onde o transporte do solvente é diretamente proporcional à pressão
aplicada (MULDER, 1997).
2.4.7. TRATAMENTO BIOLÓGICO
Utilização de micro-organismos para a remoção de resíduos dissolvidos na água
a ser tratada (LIRA, 2006). A tabela 1 apresenta alguns tipo de tratamentos
biológicos utilizados para o tratamento de água.
2.4.8. TRATAMENTOS OXIDATIVOS:
2.3.8.1. Processo de Fenton
Tratamento eficiente em oxidar de compostos orgânicos complexos a moléculas
simples, mais facilmente biodegradáveis, formando dióxido de carbono e água. O
processo dá-se a partir de uma solução de peróxido de hidrogênio na presença de
um catalisador de ferro resultando na geração de radical hidroxila (-OH), espécie
27
altamente oxidante então seletiva, capaz de oxidar uma grande variedade de
contaminantes orgânicos (HAYEC e DORE, 1985).
Tabela 1 - Processos biológicos de tratamento de água.
Processo Descrição Aplicação
Tratamento biológico
aeróbio
Oxidação de substâncias
orgânicas por micro-
organismos em um dique
de aeração ou em um
processo de biofilme.
Remoção de matéria
orgânica dissolvida e
suspensa da água.
Tanque de oxidação Tanques com 1,0 m de
profundidade para
mistura e penetração da
luz solar.
Redução dos sólidos
suspensos, DBO,
bactérias patogênicas e
amônia da água.
Remoção de nutrientes Combinação de
processos aeróbios,
anóxidos e anaeróbios
para otimizar a
conversão de orgânicos,
e remoção de fósforo e
nitrogênio.
Redução do conteúdo de
nutrientes da água
exigida.
Tanque de
estabilização da água
servida
O sistema consiste de
tanques anaeróbio,
facultativo e de
maturação ligados em
série para aumentar o
tempo de retenção.
Redução dos sólidos
suspensos, DBO,
bactérias patogênicas e
amônia da água servida.
Instalações para reuso
da água na irrigação e
aquicultura.
Fonte: Adaptado de LIRA, 2006.
A Tabela 2 apresenta de maneira resumida os principais tipos de processos de
tratamento normalmente utilizados para o tratamento de esgotos.
28
Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto.
Processo Descrição Aplicação
Separação líquido/sólido
Sedimentação Sedimentação por gravidade de
substância particulada, flocos
químicos e precipitação.
Remove partículas suspensas
que são maiores que 30 μm.
Tipicamente usado como
tratamento primário e após o
processo biológico.
Filtração Remove partículas por meio da
passagem de água por areia ou
outro meio poroso.
Remoção de partículas
suspensas maiores que 3 μm.
Tipicamente usado depois da
sedimentação.
Tratamento Biológico
Tratamento Aeróbio e
Anaeróbio Biológico
Metabolismo biológico de esgoto
através de micro-organismos em um
tanque aerado/anaeróbio ou
processo de biofilme.
Remoção de matéria orgânica,
suspensa e dissolvida, no
esgoto.
Tratamento Químico
Desinfecção Morte ou inativação de organismos
patogênicos usando produtos
químicos oxidantes, calor, processo
de separação física (membranas) ou
luz U.V.
Proteção da saúde pública.
Tratamento Avançado
Carvão Ativado Processo no qual os contaminantes
são fisicamente adsorvidos na
superfície do carvão.
Remoção de compostos
orgânicos hidrofóbicos
Aeração Forçada A água residual é forçada a passar
através de aeradores, onde o ar
comprimido é injetado para oxidar a
amônia e voláteis orgânicos.
Remoção da amônia
nitrogenada e voláteis
orgânicos.
Troca Iônica Troca de íons entre resinas de
troca e a água.
Remoção de contaminantes
iônicos selecionados. Eficaz
na remoção de cátions como
cálcio, magnésio e ferro e
ânions como nitrato.
(continua)
29
Tabela 2 - Descrição dos tipos de tratamento para esgoto. (conclusão)
Processo Descrição Aplicação
Coagulação e
Floculação Química
Uso de sais de ferro e alumínio,
polieletrólitos e/ou ozônio para
promover desestabilização das
partículas coloides do esgoto
recuperado e precipitado de ferro.
Formação de compostos de
fósforo precipitados e
floculação de partículas para
remoção através de
sedimentação ou filtração.
Tratamento com Cal Uso de óxido de hidróxido de cálcio
para precipitar em pH alto, diversos
cátions e metais da água residual.
Usado para reduzir a
disposição mineral, precipitando
fósforo.
Filtração a Membrana Microfiltração, Ultrafiltração e
Nanofiltração
Remoção de coloides, cistos,
moléculas e micro-organismos
da água.
Osmose Reversa Sistema de membrana para separar
íons de solução baseados no
diferencial da pressão osmótica
reversa
Remoção de sais dissolvidos e
íons minerais de solução, é
também eficiente na remoção
de partículas.
Fonte: FRANCO, 2007
2.4.9. TRATAMENTOS DIVERSOS
Existem outros tratamentos menos convencionais que aparecem como
alternativas para o tratamento de água.
Por exemplo, tratamento fotocatalítico por dióxido de titânio: é um processo
oxidativo avançado que se utiliza de óxido de titânio nanocristalino sob radiação
por luz, sendo assim possível a mineralização de compostos orgânicos em
produtos não nocivos como dióxido de carbono, água e íons inorgânicos (LAZAR,
VARGHESE e NAIR, 2012).
Além de outros tipos de tratamentos, uma área de grande estudo vem sendo a
procura por coagulantes naturais, a fim de minimizar a contaminação por resíduos
de coagulante ou de subprodutos formados no processo de coagulação. Sais de
30
alumínio e de ferro são os coagulantes mais utilizados no tratamento de água
para consumo humano, porém seus efeitos no meio ambiente e custo têm
motivado o uso de coagulantes orgânicos derivados de plantas
(GHEBREMICHAEL et al., 2005).
A fim de exemplificar, citaremos dois estudos na área de coagulantes naturais.
O primeiro trata-se do uso do extrato de semente de Moringa oleifera visando a
substituição do coagulante sulfato de alumínio em uma estação de tratamento de
água para abastecimento. Neste estudo foi comprovada a eficiência do
coagulante proveniente do extrato ativo da semente de Moringa oleifera na
redução da turbidez da água tratada para uso humano quando em concentração
igual a 140 mg/L, apresentando remoção superior a 98% (ALUVINO, 2015).
O segundo caso traz a realização de um processo em escala de laboratório de
tratamento da água de enxágue de lavanderia, tema dentro do referido estudo. O
processo é composto pelas etapas de coagulação/floculação, filtração com areia e
adsorção por carbono ativo granular. Na etapa de coagulação/floculação foi
utilizado 3 tipos de coagulantes naturais: Nirmai seed1, pectina proveniente da
casca de laranja e uma mistura das duas. Tempos de retenção de 24 h e 36 h
foram utilizados nos experimentos. Os melhores resultados foram observados no
uso de pectina extraída da casca de laranja como coagulante, com tempo de
retenção de 24 h. Os resultados podem ser examinados na tabela 3 que
comprova a eficiência do sistema de tratamento proposto para o tratamento da
água de enxágue de lavanderia em questão (MOHAN, 2014).
1Strychnos potatorum conhecida como semente Nirmai é uma árvore de tamanho moderado
encontrada nas regiões sul e central da Índia, Sri Lanka e Birmânia.
31
Tabela 3 - Valor dos parâmetros no processo de tratamento onde pectina extraída da casca de laranja sozinha (6mL/L) é usada como coagulante pelo período de retenção de 24 h.
Parâmetros Unidade Água
residual
Efluente da
clarifloculação
Efluente
do filtro de
areia
Efluente da
adsorção com
carvão ativo
Turbidez NTU 83 70 48 16
pH
8,2 5,4 5,7 6
Condutividade
Elétrica µS/cm 1491 1500 1482 1424
TSS mg/L 121 76 43 22
DQO mg/L 588 462 324 226
Surfactante
Aniônico Ativo mg/L 0,84 0,68 0,26 0,08
Fonte: Adaptado de MOHAN, 2004.
3. ESTUDO DE CASO: TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE
LAVANDERIA
3.1. UNIVERSIDADE DE MARBOR
Foi realizado um estudo, na University of Maribor, Eslovênia, sobre tratamento de
água residual de lavanderia, onde foi comparada a remoção dos parâmetros
estudados (tabelas 4 e 5) para os processos de coagulação/floculação e carvão
ativo, membranas de ultrafiltração e membranas de osmose reversa.
No primeiro processo, a água residual foi floculada com sulfato de alumínio e
então filtrada em uma coluna de areia. Em seguida, o filtrado é adsorvido em uma
coluna de carvão ativo.
32
Tabela 4 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do tratamento pelo processo de coagulação.
Parâmetro Água residual Valores
após
coagulação
Valores após
coagulação e
carvão ativo
Concentração
limite de
emissão na
água
Temperatura 62 22 22 30
pH 9,6 7,9 6,8 6,5-9,0
Substâncias suspensas
(mg/L)
35 <5 <5 80
Substâncias
sedimentadas (mL/L)
2 <0,5 <0,5 0,5
Cl2 (mg/L) <0,1 <0,1 <0,1 0,2
Nitrogênio total (mg/L) 2,75 2,60 2,60 10
Nitrogênio amônia (mg/L) 2,45 2,40 2,30 5
Fósforo total (mg/L) 9,9 1,0 1,0 1,0
DQO (mg O2/L) 280 180 20 200
DBO5 (mg O2/L) 195 100 10 30
Óleo mineral (mg/L) 4,8 2,5 <1 10
AOX (mg/L) 0,12 0,12 <0,1 0,5
Surfactante Aniônico
(mg/L)
10,1 10,0 <0,5 1,0
Fonte: Adaptado de SOSTAR-TURK et al., 2005
No segundo processo foi utilizada, primeiramente, uma membrana cerâmica de
ultrafiltração e depois, o permeado foi bombeado para o sistema de osmose
reversa, onde foi recolhido. O material retido foi recirculado para o tanque de
alimentação do sistema de ultrafiltração.
Ao se comparar os dois tipos de processos aplicados é possível verificar que
ambos atendem as especificações de emissões da regulação eslovena,
viabilizando a recuperação e o reuso da água residual de lavanderia. Essa
recuperação é fundamental para a economia de água, assim como, para melhoria
de ambientes urbanos.
33
Tabela 5 - Determinação dos parâmetros na água residual antes e depois do tratamento com membranas.
Parâmetro Água
residual
Permeado
UF
Permeado
OR
Concentração
limite de emissão
na água
Temperatura 62 53,8 27,8 30
pH 9,6 8,3 7,62 6,5-9,0
Substâncias suspensas (mg/L) 35 18 8 80
Substâncias sedimentadas
(mL/L)
2 <0,5 <0,5 0,5
Cl2 (mg/L) <0,1 <0,1 <0,1 0,2
Nitrogênio total (mg/L) 2,75 0,03 0,03 10
Nitrogênio amônia (mg/L) 2,45 0,03 0,03 5
Fósforo total (mg/L) 9,9 0,46 0,14 1,0
DQO (mg O2/L) 280 130 3 200
DBO5 (mg O2/L) 195 86 1,5 30
Óleo mineral (mg/L) 4,8 4,4 1,2 10
AOX (mg/L) 0,12 0,11 0,08 0,5
Surfactante Aniônico (mg/L) 10,1 7,20 0,91 1,0
Fonte: Adaptado de SOSTAR-TURK et al., 2005
Bons resultados foram obtidos pelo método convencional do uso de carvão ativo.
Esse método se mostra muito eficiente para a remoção de poluentes orgânicos,
porém sem a possibilidade de qualquer tipo de seleção, o que no caso de
reciclagem e reuso da água é essencial. Através do uso de membranas é possível
minimizar o uso de químicos no tratamento, já que no tratamento usando
membrana nenhum tipo de reagente químico foi empregado. No entanto, o uso de
membranas é muito mais caro que o processo com o uso de carvão ativo (TURK,
PETRINIC, SIMONIC, 2005).
34
3.2. DISSERTAÇÃO DE MESTRADO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO
GRANDE DO SUL
Foi realizado um estudo para o tratamento de água residual de lavanderia em
escala piloto, e testada posteriormente em uma lavanderia industrial. Foram
realizados três experimentos com tratamentos distintos. O primeiro constituido
pelos processos de coagulação/floculação, um segundo a base de
adsorção/coagulação/floculação e um ultimo utilizando-se da reação de Fenton
que apenas foi utilizado na escala experimental.
O tratamento realizado por coagulação/floculação usando sulfato de alumínio
como polímero floculante permitiu remover os sólidos suspensos, uma fração
considerável da carga orgânica e de surfactantes. Apesar da redução da
concentração de surfactantes, a tensão superficial do sistema (40,0 mN/m) ainda
se encontrava muito distante da tensão superficial da água (72,0 mN/m). Nestas
condições, em termos de legislação da época (2005), o efluente não atende
somente ao padrão refrente ao de lançamento de surfactante, que é de 2 mg/L.
Já no tratamento realizando por heteroagregação entre carvão ativado, sulfato de
alumínio e polímero floculante catiônico foi possível remover os sólidos suspensos
e níveis mais significativos de carga orgânica e de surfactantes, de 38,5 mg/L
para 0,1 mg/L. Nestas condições foi possível atender a todos os padrões da
legislação da época (2005). Os resultados podem ser observados na tabela 6.
Um aspecto relevante desse processo é a rapidez com que os flocos se
sedimentam no regime de sedimentação floculenta, o que torna o processo
bastante rápido para ser realizado em batelada em planta industrial.
O tratamento com a reação de Fenton proporcionou um aspecto muito bom do
efluente tratado. A remoção de sólidos suspensos, turbidez e cor foi bastante
eficiente, incluindo ainda nitrogênio (mais de 99% de remoção de todos os
parâmetros) e fósforo (78,5%). Foi possível observar a degradação dos
componentes tensoativos nas dosagens mais elevadas empregadas na reação. A
grande vantagem do processo Fenton deve-se ao fato de unir em um único
35
processo só, etapas de oxidação química e coagulação. A necessidade de ajuste
de pH para esse tipo de reação elevou muito o tempo de processo. Por esse
motivo, além de não possuir informações suficientes a respeito da resistência dos
materiais empregados no tanque em relação a um potencial de oxidação tão alto,
esse tipo de tratamento não foi utilizado na planta industrial.
Tabela 6 - Parâmetro de qualidade do efluente bruto e após o tratamento por coagulação/floculação* e adsorção/coagulação/floculação**.
Parâmetros Unidade Efluente
bruto
Coag-
Floc
Ads-Coag-
Floc Legislação
pH - 7,4 6,5 7,3 6,0 - 8,5
Sólidos
Sedimentados mg/L 4 0,0 0,0 <1
Sólidos Suspensos mg/L 63,6 8 1,2 <200
Turbidez NTU 138 0,5 4,5 -
Cor Hazen 300 52 1 -
DQO mg/L 718,9 117,6 22,9 <450
Surfactantes mg/L 38,5 7,8 0,1 <2
Tensão Superficial mN/m 33 40 70 -
Cloretos mg/L - 157,5 79,9 -
Sulfatos mg/L - 479 475 -
Nitrogênio mg/L 6,3 5,6 4,5 10
Fósforo mg/L 9,8 0,4 0,0 1
*(800 mg/L de sulfato de alumínio e 2 mg/L de polímero catiônico); **(2 g/L de carvão ativado em
pó, 800 mg/L de sulfato de alumínio e 2 mg/L de polímero catiônico).
Fonte: Adaptado de MENEZES, 2005.
Os testes em escala industrial foram realizados na Lavanderia Expressa,
apresentando resultados já esperados quanto a parâmetros físico-químicos
analisados. Os resultados obtidos na escala industrial são apresentados na tabela
7.
Através dos resultados obtidos, assim como nos testes de laboratório, o único
processo que atende a todos os parâmetros de qualidade exigidos pela Fundação
36
Estadual de Proteção Ambiental - RS (FEPAM), é o tratamento realizado com
adsorção por carvão ativado, coagulação e floculação.
Tabela 7 - Resultados dos parâmetros físico-químicos dos efluentes bruto, tratado por coagulação/floculação e adsorção/coagulação/floculação.
Parâmetros Unidade Efluente
bruto
Coag-
Floc
Ads-Coag-
Floc Legislação
pH - 7,4 6,5* 6,5* 6,0 - 8,5
Sólidos
Sedimentáveis mg/L 3,3 0,0 0,0 <1
Sólidos Suspensos mg/L 63 11,4 5,6 <200
DQO mg/L 543,8 189,5 31,4 <450
Surfactantes mg/L 45,5 17,4 0,28 <2
*o pH foi ajustado para 6,5 em todas as bateladas
Fonte: Próprio autor (MENEZES, 2005).
Após a realização do tratamento da água residual foi realizado um teste para
verificar a viabilidade da utilização da água tratada em um novo processo de
lavagem. Os resultados apresentam muita pouca diferença entre as lavagens. O
único inconveniente apresentado foi nas roupas lavadas com água do tratamento
por coagulação/floculação, que apresentaram cheiro desagradável. Os outros
resultados apontam para uma diferença pequena de cor em relação a camiseta
padrão (MENEZES, 2005).
3.3. PROJETO DE TRATAMENTO DE ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA
EM UMA LAVANDERIA INDUSTRIAL ALEMÃ
Apesar dos progressos em economia de água na indústria, lavanderias
comerciais ainda são grandes emissoras de água residual. Sendo assim, esse
tipo de planta ainda é considerado como um processo de grande consumo de
37
água. Razões econômicas, assim como, legislações ambientes rigorosas,
apareceram como incentivo para a lavanderia “Textil-Service Klingelmeyer”,
localizada na cidade de Darmstadt na Alemanha, para a implementação do
projeto LAUNDRY INNOVATIVE WASTE WATER RECYCLING TECHNOLOGY
(LIWATEC) em parceria com a Universidade de Ciências Aplicadas em Karlsruhe,
também na Alemanha. O objetivo era o desenvolvimento de um sistema robusto e
de fácil aplicação para a reciclagem da água residual proveniente do processo de
lavanderia.
3.3.1. Descrição do processo
Nesse projeto, a água foi tratada em um processo de duas etapas e reciclado de
volta para o processo de lavagem. Após um processo de separação grosseiro
para retirada de partículas sólidas, utilizando-se de uma peneira vibratória, a água
residual foi coletada em um tanque de armazenamento (AW). Subsequentemente,
a água foi tratada em um biorreator a membrana como unidade principal de
tratamento. A maioria das substâncias orgânicas foi degrada biologicamente, e
depois a água limpa foi sugada por membranas de microfiltração submersas
(MBR). O permeado microfiltrado foi então armazenado em um tanque coletor
(WW). Esse produto foi livre de turbidez e consideravelmente reduzida de
patogênicos e pode ser usada no processo de lavagem. Outra parte do permeado
da microfiltração foi encaminhado para um processo de osmose reversa (OR)
para retenção principalmente de sais. O permeado da osmose reversa foi
armazenado no tanque de coleta (SW) e foi utilizado como água de alta
qualidade, preferencialmente para o enxágue. Antes de armazenado, o permeado
da OR foi tratado com uma pequena quantidade de dióxido de cloro para prevenir
o crescimento de organismos patogênicos. Fig. 3.
38
Figura 3 - Fluxograma do processo de reciclagem.
Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007.
3.3.2. Composição da planta.
Tanto a planta piloto como a planta de larga escala são basicamente compostas
por:
- Peneira vibratória com malha de tamanho de 200 µm,
- Reator MBR,
- Unidade de filtração de osmose reversa e
- 3 tanques de armazenamento (água residual, permeado do MBR, permeado da
OR).
3.3.3. Resultados da planta piloto
Os experimentos em planta piloto tiverem como objetivo o ganho de experiência a
respeito do design do projeto e obter dados para o “scaling up”.
39
Apesar de grande oscilação na composição da água tratada, a eliminação da
DQO no MBR foi de 95%. Apenas a concentração de ferro, em alguns casos,
apresentou valor acima do limite, por conta de algumas partes com corrosão de
ferro utilizadas na construção da planta piloto. Na planta de larga escala foi
utilizado somente aço inox ou plástico. A tabela 8 apresenta os resultados do
tratamento no MBR.
Na unidade de filtração, a membrana do teste piloto mostrou rejeição de apenas
50-55% de sal, qualidade essa de água não suficiente para utilização da água
para enxágue. Ao utilizar membranas de OR, a rejeição de sal atinge 98%. A
tabela 9 traz os resultados da unidade de filtração a membrana da planta piloto.
Tabela 8 - Qualidade da água alimentada e drenada do biorreator a membrana na escala piloto.
Parâmetros Unidade Alimentação
(água residual)
Permeado
(microfiltrado)
Limite para água
de lavagem em
lavanderia
Temperatura ºC 15-30 15-30 -
pH - 9-11 7-8 -
Condutividade
Elétrica
µS/cm 1900 2000 -
Dureza Total ºdH Não medido 2,5-3 5ºdH
DQO mg/L 1050 60-70 150
AOX++ mg/L 0,06 0,04 -
Total N mg/L 40 2 -
Fe mg/L Não medido 0,1-0,6 0,1
Mn mg/L Não medido 0,02 0,03
Cu mg/L Não medido 0,01 0,05
Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007
40
Tabela 9 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração a membrana (escala piloto).
Parâmetros Unidade Permeado Concentrado Limites de
acordo com a
Legislação
Alemã
pH - 6-7 8-9
Condutividade
Elétrica
µS/cm Máximo 40 5000-8000
Dureza Total ºdH <0,5 Não medido
DQO mg/L Máximo 30 Mãximo 400 100
AOX mg/L Não medido 0,13 2
Cd mg/L Não medido <0,004 0,1
Hg mg/L Não medido <0,0002 0,05
Pb mg/L Não medido <0,02 0,5
Cu mg/L Não medido 0,015 0,5
Cr total mg/L Não medido 0,032 0,5
Ni mg/L Não medido 0,05 0,5
Zn mg/L Não medido 1,5 2
Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007
3.3.4. Resultados da planta de larga escala
A alimentação de DQO no reator MBR é inferior do que a da planta piloto devido a
composição diferente da água residual, enquanto que a DQO efluente tem
praticamente o mesmo nível. A média de eficiência de remoção de DQO é
superior a 90%. O total de N na alimentação é bem abaixo do da planta piloto e se
mantém praticamente constante. A Tabela 10 mostra a qualidade da água antes e
após tratamento no reator MBR. Não foi necessária realizar a limpeza da unidade
MBR, mesmo após 6 meses de atividade, sem perda de fluxo.
41
Tabela 10 - Qualidade da água alimentada e drenada do bioreator a membrana na planta em grande escala.
Parâmetro Unidade Alimentação
(água residual)
Permeado
(microfiltrado)
Temperatura ºC 30-40 28-39
pH - 10,8-11,5 8,2-8,6
Condutividade
Elétrica
µS/cm 2000 2000
TOC ++ mg/L 300 12
DQO mg/L 700 60
N total mg/L 8 12
P-PO4-3 mg/L 7 3
Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007.
Assim como na planta piloto, uma parcela do permeado do reator MBR segue
para uma unidade de OR, para prevenção do aumento do nível de sal, além de
entregar uma água com maior qualidade utilizada no enxágue. A recuperação
média da unidade de OR foi mantida em 70%, porém é esperado um aumento
para até 80%. A Tabela 11 apresenta a qualidade da água após tratamento na
unidade de OR.
Tabela 11 - Qualidade da água do permeado e concentrado da unidade de filtração a membrana (larga escala).
Parâmetro Unidade Permeado Concentrado
pH - 6-7 8-9
Condutividade
Elétrica
µS/cm 20-30 5000-6000
Dureza total ºdH 0 Não medido
DQO mg/L Máximo 45 Máximo 1000
N total mg/L <0,5 Não medido
P-PO4-3 mg/L 0,8 Não medido
Fonte: Adaptado de HOINKIS e PATERN, 2007
Nesse estudo foi possível observar que o tratamento da água residual de
lavanderia, através do sistema constituído pela combinação de tratamentos por
42
MBR e OR, resulta em uma água de qualidade que atende completamente os
requisitos para água utilizada em processo de lavagem (HOINKI, PANTEN, 2007).
3.4. DEMONSTRAÇÃO DE UM SISTEMA DE TRATAMENTO PARA
PURIFICAÇÃO E REUSO DA ÁGUA RESIDUAL DE LAVANDERIA.
Um estudo realizado na Itália apresenta um sistema de tratamento para a
purificação e reuso da água residual de lavanderia de uma lavanderia industrial.
Foi realizada a montagem de uma escala pré-industrial montada no local.
O sistema testado é constituído das seguintes etapas: um pré tratamento
utilizando-se o processo físico-químico de coagulação, floculação e flotação por ar
dissolvido; filtração com areia; ozonização; filtração com carvão ativo e
membranas de ultrafiltração.
3.4.1. Características da água residual
A lavanderia industrial LIT S.r.l. (Turin, Itália) é especialista em lavagem com água
de diversos tipos de tecidos. Todo dia LIT lava cerca de 22 toneladas de roupas,
chegando a uma necessidade hídrica de 400 m3/dia de água. Até o presente
momento o abastecimento de água é feito por poços, e antes de entrar na
alimentação do processo passa por resinas de troca iônica para reduzir a dureza
da água e, então, coletada em tanques de armazenamento.
Além de surfactantes, o ciclo de lavagem utiliza-se de amaciantes, agentes
oxidantes/desinfetantes, álcali, ácido acético, ácido oxálico, ácido fórmico, que
aparecem como poluentes na água residual em função das suas características.
A tabela 12 apresenta o nível de alguns parâmetros da água ao final do ciclo.
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Tabela 12 - Características da água residual investigada.
pH DQO
(mg/L)
TSS
(mg/L)
Turbidez
(NTU)
Condutividade
Elétrica
(µS/cm)
Absorbância
a 420 nm
Surfactantes
não-iônico
(BIAS) (mg/L)
Surfactantes
aniônicos
(MBAS)
(mg/L)
7-9 400-
1000 90-200 40-150 1300-3000 0,01-0,05 1-10 1-15
Fonte: adaptado de CIABATTI, et. al., 2009
3.4.2. Reagentes
Foram utilizados um coagulante primário e um coagulante secundário,
previamente testados em teste de Jarros, em diferentes composições e
concentrações. Levando em consideração ambos aspectos econômico e técnico,
os autores chegaram a melhor solução do uso de policloreto de alumínio (PAC)
como coagulantes primário, na concentração de 750 ppm e 90 ppm de um
produto a base de poliamida, como coagulante secundário. Um polieletrólito
aniônico foi utilizado como floculante (3 ppm).
A adição de 40 ppm de ozônio, proveniente de um gerador alimentado de
oxigênio líquido, mostrou-se mais aplicável levando em conta novamente os
aspectos técnicos e econômicos.
Soluções alcalinas de hipoclorito de sódio foram utilizadas para a limpeza da
membrana UF.
3.4.3. Protótipo de larga escala
Um sistema de tratamento protótipo (alimentação máxima de 15 m3/h) foi
instalado na lavanderia LIT, a fim de validar a proposta do sistema de tratamento.
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O sistema é constituído das etapas de coagulação, floculação e flotação por ar
dissolvido; filtro de areia; ozonização e filtro de carvão ativado, na respectiva
sequência. O ozônio é introduzido na corrente de água residual por meio de
pratos cerâmicos. Parte do efluente do filtro de carvão ativado é alimentado para
as membranas UF que realiza a permeação através de uma bomba de extração a
vácuo.
3.4.4. Resultados
Foram recolhidas amostras de todas as seções do sistema a fim de estudar a
contribuição de cada etapa para remoção dos diferentes parâmetros. Em relação
a DQO, foi obtido um total de 87% de remoção ao final do processo. A etapa de
pré-tratamento físico-químico sozinho obteve 45% de eficiência de remoção. Com
os tratamentos seguintes de filtração com areia, ozonização e filtro de carvão
ativado foi atingido o valor de 77% de remoção, que vai de acordo com o limite
legal italiano para descarga em águas superficiais. Finalmente a membrana UF
permite uma maior remoção da DQO até um valor mediado <100 mg/L, como
desejado pela lavanderia para realização do reuso da água .
O sistema de purificação também obteve um alto grau de remoção de TSS (98%)
e turbidez (99%), tendo como principal responsável o pré-tratamento físico-
químico (eficiência de remoção de 88% de turbidez e 94% de SST). Com os
tratamento seguintes com filtros de areia e carvão e ozônio foi possível a remoção
praticamente total de SST e turbidez, fazendo da membrana UF praticamente
sem utilidade para esse parâmetro.
Outro parâmetro que apresentou significante diminuição foi o total de
surfactantes. Uma eficiência de remoção de 87% para surfactantes não iônicos e
93% para surfactantes aniônicos foi alcançada ao fim do processo. Para remoção
deste parâmetro a grande contribuição provém da ozonização e filtração com
carvão ativado, permitindo alcançar o limite legal italiano para descarte (<2 mg/L).
Uma redução futura foi promovida pela membrana UF.
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Os resultados do sistema de tratamento pode ser acompanhado na tabela 13 que
apresenta o nível dos principais parâmetros de interesse dos efluentes do filtro de
carvão ativado e da membrana UF.
Tabela 13 - Valores dos parâmetros de interesse após as etapas de filtração por carvão ativado e permeação por membrana UF.
Parâmetros Unidade Afluente
Saída filtro
de carvão
ativado
Permeado
UF
Limites para
descarga em
água superficial
Valores
para
reuso
pH
7,2 7,4 7,3 5,5-9,5 6,5-8,5
DQO mg/L O2 602 140 81 <160 <100
SST mg/L 166 4 2,5 <80 <5
Turbidez NTU 110 1,1 0,8 - <2
Condutividade µS/cm 1342 1275 1127 - <2000
Amônia mg/L
NH4+
1,8 0,13 - <15 -
Fósforo total mg/L P 1,9 0,45 - <10 -
Surfactantes
totais mg/L 8,78 1,6 1 <2 <20
Fonte: Adaptado de CIABATTI, et. al., 2009.
Como podemos observar na tabela, o limite legal italiano para descarte é atingido
ao fim da etapa de filtração por carvão ativado, porém só é possível atingir os
valores para reuso com a etapa posterior de permeação por membrana UF.
3.4.5. Limpeza da membrana UF
Para manutenção da performance de filtração da membrana UF foi aplicado um
procedimento de limpeza química. Com o decorrer do processo o fluxo de
permeado tende a diminuir devido a incrustação de concentrado na superfície da
membrana.
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No caso foi observado que uma redução de aproximadamente 25% de
permeabilidade do efluente acontece após a filtração de cerca de 20 m3 de água
residual, comparado ao início do processo, devido a incrustação. A incrustação
pode ser explicada pela adsorção de surfactantes residuais dentro da membrana,
devido a interações hidrofóbicas e eletroestáticas, no caso de surfactante iônicos.
A respeito desse fenômeno é necessário ressaltar que surfactantes aniônicos são
largamente empregados nos processos de lavagem e aparecem em grandes
concentrações no efluente.
Para evitar o entupimento e correspondente mal funcionamento da membrana UF,
os procedimento de limpeza foram realizados após ciclos de permeação de cerca
de 100 m3 de água residual.
3.4.6. Testes de reuso
Teste de lavagem com roupas domésticas foram efetuados utilizando o permeado
da membrana UF com o objetivo de verificar a possibilidade do reuso da água
tratada no processo de lavagem. O enxágue final foi realizado com água primária.
De acordo com análise visual dos técnicos da lavanderia e analise de medidas de
índice de branco foi constatado que o sistema de tratamento proposto permite a
produção de um efluente passível de reuso para o processo de lavagem
(CIABATTI, et. al., 2009).
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4. DISCUSSÃO
Todos os trabalhos estudados apresentaram alta eficiência para o tratamento do
efluente a ser descartado, atendendo às normas vigentes das respectivas regiões,
utilizando combinação de tratamentos convencionais. Cabem às devidas
autoridades a fiscalização e aplicação das normas previstas em relação ao
descarte desse tipo de efluente perante as empresas envolvidas.
O reuso da água residual de lavanderia se mostra viável quando utilizado de
tecnologias mais modernas como o uso de membranas. Podemos verificar que
nos trabalhos apresentados uma alta qualidade de água foi alcançada por meio
de tratamentos posteriores. A dificuldade se apresenta ao quantificar a qualidade
da água para o uso em um processo de lavagem, ficando restrito a testes visuais
ou medições de desempenho. A padronização dos níveis dos parâmetros da água
para um processo de lavagem surge como uma possibilidade de facilitar a
identificação da viabilidade de reuso da água ou não para o processo.
O uso de membranas no tratamento de água apresenta alta eficiência de remoção
de impurezas. Entretanto é considerada uma tecnologia cara e limitada, porém
altamente seletiva, tornando possível a obtenção de uma água com alto grau de
qualidade e pureza. Membranas são produzidas de materiais de alto valor
agregado e estão susceptíveis a saturação se não forem utilizadas com o devido
cuidado e não receberem devida manutenção.
A utilização de outros tipos de reagentes de origem natural que vêm sendo tema
de estudos frequentes, surge como uma opção de viabilizar o uso de membranas.
Por um lado por não acrescentarem resíduos químicos ao efluente que deverão
ser retirados ao final do processo e no outro, por se apresentarem mais
economicamente viáveis, reduzindo o valor do tratamento como um todo.
É evidente a variação da composição do efluente quando olhamos para os níveis
dos parâmetros de interesse. As substâncias principais estão sempre presentes,
porém os níveis variam de acordo com regiões e épocas do ano, por exemplo.
Esse fato está relacionado ao efluente estar diretamente ligado aos costumes
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humanos, que variam de acordo com fatores culturais e sazonais. A dificuldade
em padronizar a composição do efluente acaba por dificultar, também, a
padronização de um sistema único de tratamento. Apesar disso vale ressaltar o
alto teor de surfactantes presentes como substância principal no efluente em
questão e de difícil remoção.
A maioria dos trabalhos estudados apresentaram como principais etapas de
tratamento o pré-tratamento realizado pelo sistema de coagulação/floculação, que
contribui de forma eficaz para remoção de sólidos suspensos, matéria orgânica e
turbidez; filtração com areia como um complemento do tratamento físico-químico;
adsorção por carvão ativo que aparece como uma etapa muito eficiente para a
remoção de detergentes e DQO, assim como outros processos oxidativos.
Desta forma podemos sugerir um sistema de tratamento eficiente para o
tratamento da água residual de lavanderia, possibilitando seu reuso, por meio de
tratamentos posteriores com o uso de tecnologias mais avançadas, como os
processos de separação por membranas. De acordo com a qualidade da água
desejada pode variar de membranas de microfiltração até membranas com
elevado critério de seleção, como as de osmose reversa.
5. CONCLUSÃO
Com base nos objetivos propostos, obtiveram as seguintes conclusões:
É necessário aumentar a atenção para esse tipo específico de efluente, dado seu
volume e sua composição. A importância não se restringe apenas à economia ou
sustentabilidade relacionada a seu reuso, mas também ao seu descarte sem
tratamento adequado, devido ao alto teor de toxicidade.
A caracterização do efluente em questão é variável, mas apresenta de uma forma
geral alguns compostos em comum que divergem apenas em concentração. Uma
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elevada concentração de surfactantes é observada em comparação a outros tipos
de águas residuais.
É viável realizar o tratamento do efluente de lavanderia a partir de uma
combinação de tratamentos de água convencionais, obtendo um efluente
purificado que atende à legislação em termos de emissão.
O reuso do efluente tratado em um novo processo de lavagem se apresenta
viável, desde que se utilize de tratamentos adequados, melhorando assim a
qualidade do produto purificado.
Adaptações nos tipos de tratamentos existentes aparecem como uma
oportunidade de aumentar a viabilidade do tratamento, assim como torná-los mais
sustentáveis.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para dar continuidade a esse trabalho, visando futuros estudos, propõe-se buscar
informações e analisar, com base nos dados obtidos, os seguintes assuntos:
- Estudos no desenvolvimento de coagulantes de origem natural, com o objetivo
de minimizar os resíduos de origem química na água tratada.
- Pesquisa por novos materiais para síntese de membranas, a fim de reduzir o
custo do uso dessa tecnologia, assim como, ampliar e melhorar o sua
funcionalidade e vida útil;
- Padronização do produto gerado;
- Novos processos de lavagem, utilizando menos reagentes químicos, em
especial surfactantes.
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- Dimensionamento do problema em torno do volume de efluente gerado por uma
empresa típica e estudo da factibilidade de ampliação de escala dos processos de
tratamento;
- Pesquisa da viabilidade econômica da implementação dos sistemas de
tratamento.
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6. BIBLIOGRAFIA
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