Eficiência dos Floculantes de Origem Natural no Tratamento de Águas Residuais de uma Indústria de Detergentes

Abstract

A água é um bem essencial para que exista vida e por isso, cabe ao ser humano preservá-la e tratá-la para ser reutilizada. Uma das tecnologias desenvolvidas para o tratamento deste bem designa-se por floculação. Este processo utiliza normalmente floculantes de base petrolífera, que não são biodegradáveis e são tóxicos para o ecossistema. Face a estas preocupações e à sobre exploração das reservas de combustíveis fósseis, surge a necessidade de desenvolver um polímero de base natural para substituir os já existentes. Assim sendo, produziu-se um floculante amigo do ambiente, biodegradável e não tóxico, que promove a economia circular ao valorizar os resíduos de biomassa.O projeto focou-se na síntese de um floculante de celulose, uma vez que a celulose é o biopolímero mais abundante na Terra. Os floculantes foram produzidos com o objetivo de serem solúveis em água e apresentarem um teor de lignina considerável (<5 %). Neste caso, a fonte de celulose parte de uma pasta kraft de Acacia dealbata. Após a síntese do floculante, avaliou-se o seu desempenho de floculação em efluentes reais de uma indústria de detergentes.O processo de modificação da celulose na obtenção do floculante eco-friendly inicia-se com a oxidação da pasta moída, com periodato de sódio, na presença de cloreto de lítio, obtendo-se a celulose dialdeído (DAC). A oxidação deu-se a 70 oC durante 3 horas. Esta reação tem como objetivo promover a reatividade da celulose. Nesta primeira etapa, obtiveram-se DACs com graus de substituição de 1,36 e 1,54, mostrando que a fonte de celulose é uma mistura heterogénea. De seguida, procede-se a uma cationização com o reagente T de Girard (GT) numa razão molar GT/aldeídos = 1,1, a 70 oC durante 1 hora, obtendo-se celulose dialdeído cationizada (CDAC) com um grau de substituição de 0,701 e 0,742. Verificou-se ainda que o potencial zeta destes polímeros foi +27,13 mV e +41,01 mV.Os ensaios de floculação foram realizados de modo a avaliar o desempenho dos floculantes, em comparação com um floculante sintético aniónico comercial. Após determinar a gama de concentração ótima do floculante, procedeu-se aos testes onde se mediu a turbidez ao longo do tempo, numa gama de concentrações, variando o pH do efluente. No fim de cada ensaio avaliou-se ainda a carência química de oxigénio (CQO). Avaliou-se também o tamanho dos flocos ao longo do tempo. Com estes testes pode-se concluir que o CDAC atingiu reduções de turbidez mais altas para pH 6,5 e 8 mostrando ser mais eficiente que o floculante comercial. As reduções de CQO obtidas para o CDAC estão na ordem dos 75 %. Em termos de tamanho de flocos, atingiram-se valores satisfatórios, sendo que estes mostraram-se ser estáveis ao contrário dos flocos formados com o floculante comercial.Com base nos resultados, pode-se concluir que os floculantes de celulose apresentam um bom desempenho no tratamento de efluentes de uma indústria de detergentes. O tamanho e estabilidade dos flocos formados tornam esta solução apelativa no sentido em que a sua remoção é mais fácil, e por sua vez, mais eficiente. Estes floculantes naturais mostram ser uma alternativa eficaz para a substituição dos floculantes sintéticos.

Water is an essential good for life to exist and, therefore, it is up to human beings to preserve it and treat it to be reused. One of the technologies developed for the treatment of this good is called flocculation. This process normally uses petroleum-based flocculants, which are non-biodegradable and are toxic to the ecosystem. Given these concerns and the overexploitation of fossil fuel reserves, there is a need to develop a natural-based polymers to replace the existing ones. Therefore, an environmentally friendly, biodegradable and non-toxic flocculant was produced, which promotes the circular economy by valuing biomass residues.The project focused on the synthesis of a cellulose-based flocculant, since cellulose is the most abundant biopolymer on Earth. The flocculants were produced with the aim of being water soluble and presenting a considerable lignin content. In this case, the cellulose source comes from a kraft pulp of Acacia dealbata. After the synthesis of the flocculant, its flocculation performance in real effluents from a detergent industry was evaluated.The process of modifying cellulose to obtain the eco-friendly flocculant begins with an oxidation of the ground pulp with sodium periodate, in the presence of lithium chloride, obtaining the cellulose dialdehyde (DAC). The oxidation occurred at 70 oC for 3 hours. This reaction aims to promote cellulose reactivity. In this step, DACs with a degree of substitution of 1,36 and 1,54 were obtained, showing that the cellulose source is a heterogeneous mixture. The cationization was carried out with Girard’s T reagent (GT) at the molar ratio GT/aldehydes=1,1, at 70 oC for 1 hour, obtaining cationized cellulose dialdehyde (CDAC) with a degree of substitution of 0,701 and 0,742. It was also verified that the zeta potential of these polymers was +23,13 mV and +41,01 mV.The flocculation tests were carried out to evaluate the performance of the flocculants, compared to a commercial anionic synthetic flocculant. After determining the optimum concentration range, tests were performed where turbidity was measured over time, in a range of concentrations, varying the pH of the effluent. At the end of each test, the chemical oxygen demand (COD) was also evaluated. The size of the formed flocs was also investigated over time. With these tests, it can be concluded that CDAC allowed greater turbidity reductions for a pH of 6,5 and 8, being more efficient than the commercial flocculant. The COD reductions obtained using CDAC are in order of 75 %. In terms of size of the flocs, satisfactory values were reached, which, additionally, proved to be stable, unlike the flocs formed with de commercial flocculant.Based on the results, it can be concluded that cellulose-based flocculants present a good performance in the treatment of effluents from the detergent industry. The size and stability of the formed floc are appealing, as their removal becomes easier, and therefore, more efficient. The natural-based flocculants prove to be and effective alternative to replacing synthetic flocculants.