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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS – UNIFAL
Campus Avançado de Poços de Caldas (MG)
Instituto de Ciência e Tecnologia
PAULA MARCATTI VIEIRA
CINÉTICA DE DEGRADAÇÃO DE MONOETILENOGLICOL
POÇOS DE CALDAS/MG
2015
PAULA MARCATTI VIEIRA
CINÉTICA DE DEGRADAÇÃO DO MONOETILENOGLICOL
Trabalho de conclusão de curso apresentado
como parte dos requisitos do curso de
Engenharia Química na Universidade
Federal de Alfenas – Campus Poços de
Caldas.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Giselle Patrícia
Sancinetti.
POÇOS DE CALDAS/MG
2015
V658c Vieira, Paula Marcatti.
Cinética de degradação de monoetilenoglicol. / Paula Marcatti Vieira.
Orientação de Giselle Patrícia Sancinetti. Poços de Caldas: 2015.
28 fls.: il.; 30 cm.
Inclui bibliografias: fl. 28
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) –
Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.
1. Monoetilenoglicol. 2. Tratamento de Efluentes. 3. Reatores anaeróbicos.
I . Sancinetti, Giselle Patrícia. (orient.). II. Universidade Federal de Alfenas – Unifal
III. Título.
CDD 628.1
Dedico aos meus pais, familiares, amigos
e a todos que me ajudaram na concretização
desta caminhada.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço a Deus por estar presente em todos os momentos de minha
vida, concebendo fé, coragem e força para conseguir vencer todos os obstáculos enfrentados.
O meu profundo e sincero agradecimento aos principais colaboradores desta
caminhada, à minha família, especialmente meus pais, que foram fundamentais na
concretização desta graduação. Eles que junto comigo compartilharam do inicio ao fim todos
os dias durante esses 5 anos, apoiando e incentivando a cada novo passo tomado. A ajuda,
paciência e generosidade de vocês foram imprescindíveis para minha formação.
À professora e orientadora Dr.ª Giselle Patrícia Sancinetti que desde o princípio esteve
ao meu lado colaborando e auxiliando nessa formação, sendo de grande importância para a
conclusão não só deste trabalho, como outros desenvolvidos em parceria. Seu conhecimento,
dedicação, disposição em sempre estar me atendendo, fizeram total diferença para meu
crescimento e aprendizado.
A todos os professores que durante todos estes períodos contribuíram para que essa
formação ocorresse, transmitindo ensinamentos e vivências que serão de grande valia para a
profissional que há de se formar.
A todos os técnicos e funcionários que de um jeito ou de outro estiveram presentes,
auxiliando e prestando assistência no que foi necessário.
A empresa M&G Fibras Brasil S.A pelo apoio ao ceder o material necessário para a
realização desta pesquisa.
Aos meus amigos e colegas que colaboraram com a conclusão deste trabalho. Aos
amigos que conquistei durante a graduação e que juntos vivemos e batalhamos por essa
formação, principalmente as meninas que convivi e morei; as vizinhas que sempre estiveram
presentes e os amigos que estiveram do meu lado, acompanhando e vivenciando cada alegria
e tristeza. Vocês hoje fazem parte da minha vida e estarão presentes comigo para sempre.
Aos amigos da sala, por cada apoio e incentivo, por cada descontração e por todas as
dificuldades que enfrentamos juntos.
Aos amigos da minha cidade natal, que sempre me apoiaram na minha caminhada e
que entenderam minha ausência em diversas ocasiões.
RESUMO
O crescimento industrial gera aumento no volume de efluentes industriais, os quais são uns
dos principais causadores da poluição ambiental. A fim de diminuir o impacto negativo
causado ao meio ambiente, eles devem ser previamente tratados para evitar a contaminação da
fauna e flora. A partir disso, diversos métodos de tratamento foram desenvolvidos, sendo eles,
físicos, químicos ou biológicos, estes aeróbios ou anaeróbios. O tratamento aeróbio é mais
empregado industrialmente, entretanto é desvantajoso economicamente devido ao alto
consumo de energia e geração de lodo, por isso diversas empresas estudam a possibilidade de
adotar meios anaeróbios para tratamento de suas águas residuárias, como no caso da M&G
Fibras Brasil S.A que utiliza como método de tratamento os lodos ativados. Nesta empresa, o
efluente possui como principal componente o monoetilenoglicol (MEG), que é uma matéria
orgânica tóxica de baixo peso molecular. Este projeto propôs o estudo da cinética de
degradação do MEG em reatores anaeróbios a partir de ensaios em reatores em batelada, os
quais forneceram resultados satisfatórios durante o período experimental apresentando
remoção de DQO superior a 50% para concentração em torno de 800 mg.l-1.
Palavras – chave: Monoetilenoglicol. Tratamento anaeróbio. Cinética de degradação.
ABSTRACT
The industry growth increases the volume of industrial effluent, which is one of the main
causes of environmental pollution. To reduce the negative impact on the environment, it needs
to be previously treated to avoid the contamination of the fauna and flora. From this, various
methods of treatment were developed, which can be physical, chemical or biological, and
these can be aerobic or anaerobic. The aerobic treatment is the most applied industrially,
however it is more economically unfavorable because of the high energy consumption and
generation of sludge, so some industries study the possibility of adopting anaerobic ways to
treat their wastewater, like the M&G Fibras Brasil S.A, that uses the method of activate
sludge treatment. In this company, the effluent’s main component is monoethyleneglycol
(MEG), a toxic organic material of low molecular weight. This project proposes the study of
the degradation kinetics of MEG in anaerobic reactors from tests in batch reactors, which
provided satisfactory results during the experimental period, showing Chemical Oxygen
Demand (COD) removal higher than 50% for concentration around 800 mg.l-1
.
Keys words: Monoethylene glycol; Anaerobic treatment; Degradation kinetics.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 9
2. OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 9
3. JUSTIFICATIVA ............................................................................................................................ 10
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................................................... 11
4.1. Velocidade de reação ................................................................................................................. 11
4.2. Reator Batelada .......................................................................................................................... 12
4.3. Constante de velocidade ............................................................................................................. 13
4.4. Efluentes Industriais ................................................................................................................... 14
4.5. Tratamento anaeróbio ................................................................................................................. 15
4.6. Demanda Química de Oxigênio ................................................................................................. 18
4.7. Monoetilenoglicol ...................................................................................................................... 18
4.8. Degradação de monoetilenoglicol .............................................................................................. 19
5. METODOLOGIA ........................................................................................................................... 19
5.1. Reator Branco ............................................................................................................................. 20
5.2. Reatores R1, R2 e R3 ................................................................................................................. 20
5.3. Forma de análise dos resultados ................................................................................................. 21
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................................. 21
6.1. Reator Branco ............................................................................................................................. 21
6.2. Reatores R1, R2 e R3 ................................................................................................................. 22
7. CONCLUSÃO ................................................................................................................................. 28
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 29
9
1. INTRODUÇÃO
O alto índice de crescimento urbano aliado ao crescimento industrial são os principais
causadores da poluição do meio ambiente, afetando os recursos hídricos, o ar, o solo e o meio
biótico. O efluente produzido por um centro urbano pode ser subdividido em grupos, sendo
um deles os provindos das indústrias. Estes quando descartados em corpos d´água ou na rede
de esgoto sem tratamento prévio, acarretam sérios problemas com relação à degradação
ambiental e sanitária (ARCHELA et al., 2003).
Os efluentes industriais são caracterizados por possuírem compostos orgânicos e
inorgânicos em sua composição. Os compostos orgânicos, quando lançados em corpo
aquático, aumentam a proliferação de bactérias no meio ocasionando aumento na atividade
total de respiração e por consequência aumentam a Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)
(ARCHELA et al., 2003). A respiração aeróbia dos microrganismos irá diminuir os níveis de
oxigênio do meio, tornando-o inóspito para a sobrevivência dos peixes (VON SPERLING,
1996).
A fim de diminuir a carga orgânica nos efluentes podem-se adotar métodos de
tratamento aeróbios e anaeróbios. Embora o aeróbio seja o mais aplicável atualmente, ele é
menos viável economicamente. Dessa forma, estuda-se a possibilidade de desenvolver novas
tecnologias a partir de ambientes anaeróbios, os quais são mais vantajosos economicamente
por apresentarem baixa produção de lodo, dispensando posteriores gastos com o destino deste;
baixo consumo de energia elétrica; baixo custo de implementação e operação
(CHERNICHARO, 2007).
2. OBJETIVOS
O objetivo geral deste trabalho foi avaliar a degradação anaeróbia de
monoetilenoglicol em reator batelada.
Os objetivos específicos foram:
a) Avaliar a degradação para concentrações crescentes de DQO;
b) Obter a constante de velocidade específica para a degradação de
monoetilenoglicol.
10
3. JUSTIFICATIVA
O monoetilenoglicol (MEG) é um reagente utilizado em diversas aplicações
industriais, como para a produção de fibras e resina PET. Durante a sua aplicação, as
moléculas não convertidas em produto são descartadas e compõem o efluente industrial
(DWYER; TIEDJE, 1983). Este é um dos problemas enfrentados pela empresa M&G Fibras
Brasil S.A localizada em Poços de Caldas, a qual possui o composto como principal reagente
da sua cadeia produtiva, como pode ser observado na Figura 1.
Figura 1 - Diagrama do processo produtivo da Resina PET, Fibras e outros materiais do grupo
M&G.
Fonte: M&G Chemicals.
Atualmente, antes de dispor o efluente no meio ambiente, a empresa utiliza o método
de tratamento aeróbio baseado na utilização de lodos ativados para degradar o MEG, o qual é
satisfatório, porém dispende de alta demanda de energia e geração de lodo, o qual requer
destinação final adequada (CHERNICHARO, 2007).
11
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1. Velocidade de reação
A velocidade de reação (ri) determina a agilidade com que a quantidade de mol de uma
espécie química está sendo consumida para gerar outra, ou seja, é definida como a quantidade
de mols consumidos por unidade de volume por tempo. Considerando uma reação química
nA B, tem se a seguinte expressão algébrica para a velocidade de consumo de A (FOGLER,
2009).
, (1)
onde, k é a constante de velocidade, dependente da temperatura do sistema; a concentração
da espécie A e n é o coeficiente estequiométrico.
A equação (1) pode ser utilizada para determinar a velocidade da reação que ocorre no
interior de qualquer reator, seja ele contínuo ou descontínuo, pois os parâmetros adotados no
seu calculo são baseados nas propriedades do reagente e as condições de operação do reator,
como por exemplo, temperatura e concentração das espécies. Além disso, a velocidade pode
ser obtida para diversos pontos dentro do equipamento devido às variações que esses
parâmetros sofrem em seu interior, alterando assim os valores da taxa de formação do produto
(FOGLER, 2009).
A partir da velocidade de reação pode-se obter a taxa de geração de uma espécie
química ( ) dentro de um reator, a qual está expressa pela equação (2). Para esta considera-se
que há variações dos parâmetros nos diferentes pontos dentro do volume (V) do equipamento,
resultando em valores diferentes de velocidade de reação nas diferentes posições (FOGLER,
2009).
∫
; (2)
A partir do conhecimento da velocidade de geração de uma espécie química dentro do
reator, além da sua vazão de entrada ( ) e saída ( ), pode-se calcular o seu acúmulo (
)
dentro do equipamento a partir de um balanço de molar, a qual expressão algébrica está
representada na equação (3) (FOGLER, 2009).
12
. (3)
4.2. Reator Batelada
O reator batelada possui como principal característica ser descontínuo, o que significa
não haver vazão de alimentação de reagente nem vazão de saída de produtos. Este
equipamento possui orifícios em sua parte superior para haver a alimentação ou esvaziamento,
além de possuir agitadores, a fim de homogeneizar a solução (FOGLER, 2009). Seu design
em escala industrial está representado na Figura 2.
Figura 2 - Reator batelada industrial.
Fonte: MMC.
Ele é aplicado em operações com baixa escala de produção, para testar novos
produtos, principalmente quando caros e também em processos que seja difícil o emprego de
operações contínuas (FOGLER, 2009).
Neste reator pode-se deixar o reagente em seu interior por longos períodos de tempo, o
que proporciona altas taxas de conversões destes em produtos. Os produtos podem apresentar
diferenças entre uma batelada e outra, sendo isso uma desvantagem do processo, além do alto
custo de operação e a dificuldade em produzir em alta escala (FOGLER, 2009).
Com a finalidade de descobrir o volume necessário para comportar uma reação ou o
tempo necessário para converter uma quantidade de reagente em produto é possível utilizar a
equação (3) e adaptá-la a este reator. Neste tem-se que = = 0, já que o reator batelada é
caracterizado por ser um processo descontínuo. Além disso, por apresentar homogeneização
13
pode-se admitir que sua velocidade de reação é igual em todos os pontos dentro do volume do
reator. Dessa forma, a equação molar pode ser expressa conforme equação (4) (FOGLER,
2009).
∫
. (4)
4.3. Constante de velocidade
A constante de velocidade, que também é conhecida como velocidade específica da
reação, na verdade não é uma constante. Essa denominação é devido a sua independência com
relação às concentrações envolvidas nas reações estudadas, sendo ela fortemente dependente
da temperatura, embora também dependa de outros parâmetros, os quais exercem um efeito
muito menor sobre esta constante, tais como pressão parcial do gás, força iônica e solvente
escolhido. (FOGLER, 2009).
Para a maioria dos estudos de reações de laboratório e industriais é considerado apenas
a temperatura ( ) como parâmetro no cálculo da constante de velocidade , como pode ser
observado na equação (5) (FOGLER, 2009).
( ) , (5)
em que,
= Fator pré exponencial ou fator de frequência;
= Energia de ativação, em J/mol ou cal/mol;
= Constante universal dos gases = 8,314 J/mol.K = 1,987 cal/mol.k.
Esta é conhecida como equação de Arrhenius, a qual tem a sua eficiência comprovada
empiricamente para a maioria das reações químicas sob uma ampla faixa de valores de
temperatura (FOGLER, 2009).
Conhecer o valor da constante de velocidade é importante para analisar o
comportamento de uma reação, pois como pode ser observada na equação (5), esta é
diretamente proporcional à velocidade de reação, sendo que o estudo desta também é
interessante, pois define a eficiência do processo empregado, como também proporciona
conhecer a natureza da reação (FOGLER, 2009).
14
Para os tratamentos de efluentes em reatores batelada, no qual se considera uma
constante cinética aparente de primeira ordem (
), é possível calcular este parâmetro,
assim como a velocidade global geral ( ) com que a degradação está ocorrendo, a partir da
equação definida por CUBAS et al. (2006), a qual está definida abaixo.
( )
( ); (6)
onde,
: Concentração inicial de substrato no efluente (mg.l-1
);
: Concentração final de substrato no efluente (mg.l-1
);
: tempo (h-1
);
: concentração do efluente no tempo t (mg.l-1
).
constante cinética aparente de primeira ordem(h
-1)
Esta equação pode ser integrada, resultando em :
( )
. (7)
Este equação pode ser utilizada para calcular os valores desses parâmetros a partir de
dados obtidos em ensaios experimentais.
4.4. Efluentes Industriais
Todos os processos industriais, domésticos e hospitalares são suscetíveis à produção
de resíduos sólidos, líquidos e gasosos e todos devem ser tratados antes de serem dispostos no
meio ambiente. Para isso, houve a necessidade de desenvolvimento de tratamentos genéricos
e específicos para o cuidado de cada tipo de efluente (METCALF; EDDY, 1979).
Focando nos efluentes líquidos, a partir de 1970, houve a preocupação em se retirar os
materiais sólidos do meio, realizar um tratamento para biodegradar os compostos orgânicos e
eliminar os organismos patogênicos presentes. Em meados de 1980 percebendo a necessidade
de melhorar o tratamento desses resíduos houve a preocupação em diminuir a demanda
bioquímica de oxigênio (DBO), melhorar a coleta dos sólidos suspensos e diminuir os
organismos biológicos (METCALF; EDDY, 1979).
15
Além disso, havia programas liderados por agencias estatais e federais que possuíam
como objetivo melhorar a qualidade da agua a partir do tratamento dos efluentes. Para isso, a
pauta destes programas era baseada no aprimoramento dos conhecimentos sobre os efeitos
provocados no meio ambiente; o efeito causado por alguns componentes específicos
encontrados neste e o desenvolvimento de uma politica para proteção do meio-ambiente
(METCALF; EDDY, 1979).
A partir de 1980, a melhoria da qualidade da água continuou a ser estudada a partir da
melhoria do tratamento de efluentes baseando-se na remoção de compostos que afetam a
saúde humana e causam impactos ambientais (METCALF; EDDY 1979).
Existem diversos estudos sobre diferentes meios de tratamentos dos efluentes,
destacando-se os sistemas aeróbios e anaeróbios (METCALF; EDDY, 1979).
4.5. Tratamento anaeróbio
O tratamento de esgotos e efluentes realizado em ambientes anaeróbios, ou seja,
ausentes de oxigênio, a princípio pode ser utilizado para degradar todos os tipos de matéria
orgânica. Embora seja pouco empregado em comparação aos tratamentos aeróbios, ele está
sendo largamente aplicado no tratamento de efluentes agrícolas, indústrias alimentícias e de
bebidas (CHERNICHARO, 2007).
Essa tecnologia possui diversas vantagens, como a baixa produção de lodo (cerca de 2
a 8 vezes menor que o tratamento aeróbio); baixo consumo de energia; baixo custo de
implementação e operação; preservação da biomassa, a qual pode ser mantida por diversos
meses e tolerância a altas cargas de matéria orgânica (CHERNICHARO, 2007).
Entretanto há desvantagens, como os mecanismos da digestão anaeróbia que são
complexos; o processo inicial de digestão é lento quando o lodo não está adaptado e o
efluente tratado às vezes não é capaz de atender os padrões ambientais, sendo necessária a
aplicação de um pós-tratamento (CHERNICHARO, 2007).
Algumas desvantagens e vantagens estão exemplificadas em valores numéricos na
Tabela 1, as quais estão comparadas as do processo aeróbio. Nesta considera-se a produção de
novas células, que acarreta na formação de lodo (SPEECE; 1996).
16
Tabela 1 - Comparação de algumas características do processo aeróbio e anaeróbio considerando 1
tonelada de DQO.
Biotecnologia
Anaeróbico Aeróbico
Consumo de eletricidade - 1100kwh
Geração de metano 1.1 x 107 Btu -
Produção de novas células
(lodo) 20 - 150 kg 400 - 600 kg Fonte: Adaptada de Speece (1996).
A digestão anaeróbia é realizada por diversos tipos de microrganismos que oxidam a
matéria orgânica por meio dos processos fermentativos, produzindo metano, gás carbônico,
água, gás sulfídrico e amônia. Esse processo pode ser dividido em diversas fases, as quais são
classificadas de acordo com as diferenças nas rotas metabólicas devido ao emprego de
diferentes tipos de microrganismos (CHERNICHARO, 2007).
A primeira fase é a hidrólise, a qual consiste em converter materiais orgânicos
particulados que apresentam cadeias grandes (polímeros) em matérias dissolvidos mais
simples, por meio das exoenzimas excretadas pelas bactérias fermentativas hidrolíticas que
excretam. Isso deve ser realizado como primeira fase devido à incapacidade dos
microrganismos digerirem a matéria orgânica particulada, já que posteriormente a essa etapa
ela pode ser facilmente assimilada pelas bactérias (CHERNICHARO, 2007).
A segunda fase é a acidogênese, caracterizada pela decomposição da matéria orgânica
dissolvida por meio das bactérias acidogênicas. O processo fermentativo, o qual ocorre no
interior das células, metaboliza os produtos advindos da hidrólise, que são os açúcares,
aminoácidos e ácidos graxos, produzindo compostos mais simples, como por exemplo, ácidos
graxos, álcoois, cetona, dióxido de carbono e hidrogênio, além das novas células bacterianas
que também são formadas (CHERNICHARO, 2007).
A terceira fase é a acetogênese, a qual consiste na decomposição de matérias orgânicas
intermediárias por meio da digestão das bactérias sintróficas acetogênicas. Os produtos
formados são o acetato, hidrogênio e gás carbônico, os quais servem de substrato para a
próxima fase, que é a metanogênese (CHERNICHARO, 2007). Além disso, nesta etapa é
importante que a pressão parcial de hidrogênio esteja em níveis baixos, pois assim é possível
manter uma condição termodinâmica favorável e permitir a conversão dos ácidos e dos
álcoois em acetatos (SPEECE; 1996).
A metanogênese é definida como a quarta fase e é responsável pela última etapa de
decomposição das matérias orgânicas, cujos microrganismos metanogênicos as convertem em
17
metano e dióxido de carbono. Os microrganismos metanogênicos são divididos em dois
principais grupos de acordo com o substrato utilizado para o metabolismo, as metanogênicas
acetoclásticas e metanogênicas hidrogenotróficas. As primeiras produzem gás carbônico e
metano a partir da degradação do acetato e as segundas decompõem o gás carbônico e
hidrogênio em metano (CHERNICHARO, 2007).
Os processos apresentados podem ser facilmente visualizados na Figura 3 a seguir:
Orgânicos complexos
(carboidratos, proteínas, lipídeos)
Orgânicos simples
(açúcares, aminoácidos, peptídeos)
Ácidos orgânicos
(propionato, butirato, etc)
Para definir o melhor tratamento anaeróbio a ser adotado é importante conhecer o
comportamento da reação, sendo fundamental o conhecimento da etapa que controla a
velocidade global desta. Em muitos casos para este tipo de reator, a reação de degradação é
Bactérias fermentativas (Hidrólise)
Bactérias acetogênicas produtores de hidrogênio
Metanogênicas
hidrogenotróficas
Bactérias fermentativas (Acidogênese)
Bactérias acetogênicas (acetogênese)
Bactérias acetogênicas consumidores de hidrogênio
Arqueas metanogênicas (metanogênese)
Metanogênicas
acetoclásticas
CH4 + CO2
H2 + CO2 Acetato
Figura 3 - Rotas metabólicas explicitando os grupos microbianos envolvidos na digestão
anaeróbia.
Fonte: Adaptado de Chernicharo (2007).
18
controlada pela natureza do substrato, o design, a temperatura e a taxa de carregamento. Para
cada tipo de efluente existe uma etapa mais lenta (SPEECE, 1996).
4.6. Demanda Química de Oxigênio
A Demanda Química de Oxigênio (DQO) é uma técnica que mede indiretamente a
quantidade de matéria orgânica presente em um determinado meio, pois indica o teor de
oxigênio consumido durante a oxidação química de um composto (VON SPERLING, 1996).
O método consiste em utilizar um forte oxidante, o dicromato de potássio ( ),
em meio ácido com um catalisador, a fim de oxidar a matéria-orgânica presente no efluente.
Quando isso ocorre, o íon dicromato, que possuia o cromo no estado hexavalente é reduzido
ao estado trivalente (APHA, 2012).
A determinação da DQO a partir desta reação pode ser realizada por três principais
métodos: titulométrico com refluxo aberto, titulométrico com refluxo fechado e o
colorimétrico com refluxo fechado.
Os métodos titulométricos consistem na titulação de sulfato ferroso amoniacal, o qual
reage com o dicromato em excesso e assim, determina qual foi o teor de oxigênio consumido.
O método colorimétrico determina a quantidade de oxigênio consumido a partir de um
espectrofotômetro no comprimento de onda de 620 nm, o qual indica a quantidade absorvida
nesta região pelo íon cromo indicando proporcionalmente o quanto de oxigênio foi consumido
na reação.
4.7. Monoetilenoglicol
O monoetilenoglicol (MEG – Etano-1,2-diol) é um líquido incolor, miscível em água e
tóxico ao consumo humano, utilizado como reagente em indústrias que produzem fibras,
biofilmes, refrigerantes de motores e na fabricação de garrafas. Durante a sua aplicação nem
todas as moléculas desse composto são convertidas no produto de interesse, o que resulta na
sua presença em efluentes industriais. Quando isso acontece, ocorre um aumento nos níveis da
demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e também da demanda química de oxigênio (DQO)
no efluente. Dessa forma, quando estes são dispostos no meio ambiente sem tratamento, a
fauna e a flora podem ser contaminadas (GHOGARE; GUPTA, 2012).
O Gruppo Mossi & Ghisolfi proprietário da empresa M&G Fibras Brasil S.A.
localizada em Poços de Caldas-MG possui o MEG como principal reagente na sua cadeia
19
produtiva e também no seu efluente. A fim de decompor essa matéria orgânica e
consequentemente diminuir a DQO do efluente, utiliza-se lodos ativados como método de
tratamento aeróbio, os quais possuem resultados satisfatórios, entretanto do ponto de vista
econômico possui alta demanda de energia e geração de lodo. Este último é disposto em tubos
geotêxteis, os quais necessitam de novas aquisições esporadicamente, além da necessidade de
disposição final adequada, não podendo ser descartado no meio ambiente (M&G Chemicals,
2015).
4.8. Degradação de monoetilenoglicol
O monoetilenoglicol sofre decomposição por processos anaeróbios e aeróbios, sendo
este último comumente mais aplicável, pois existem rotas de metabolismo conhecidas.
Entretanto esse tratamento possui elevados custos (DWYER; TIEDJE, 1983).
Os processos anaeróbios possuem baixo nível de aplicação, pois as suas rotas de
metabolismo são pouco conhecidas. Dwyer e Tiedje (1983) estudaram o processo anaeróbio,
o qual também se mostrou satisfatório. A partir disso, pode ser vantajosa a aplicação desse
método de tratamento.
5. METODOLOGIA
Um galão com aproximadamente 5L do efluente da M&G Fibras foi coletado na sede
industrial da empresa a fim de utilizá-lo como fonte de matéria orgânica para o estudo da
cinética de decomposição, já que seu principal componente é o monoetilenoglicol.
Como inóculo foi usado lodo proveniente de reator anaeróbio do tratamento de
abatedouro de aves do município de Tietê-SP.
O efluente coletado possuía demanda química de oxigênio (DQO) de 3500 mg.l-1
.
Posteriormente, foram encaminhados para ensaios em reatores batelada, frascos Duran de 500
ml. Os reatores permaneceram em Incubadora Refrigerada (Shaker) com agitação de 150 rpm
e 30°C.
Para acompanhar a decomposição de MEG no meio reacional foram realizadas
análises de DQO duas vezes na semana, retirando-se dos reatores cerca de 3,8 ml de
sobrenadante com o auxílio de uma seringa. Estas amostras foram centrifugadas por 10 min
para posterior análise de DQO.
20
A operação desses reatores foi realizada em várias etapas a fim de verificar a ação dos
microrganismos na degradação de MEG. Inicialmente foi realizado ensaio com uma
concentração de 500 mg.l-1
. Posteriormente, a concentração inicial foi aumentada para 800
mg.l-1
.
A cada fase o sobrenadante era descartado, permanecendo a biomassa, com adição de
solução de MEG e nutrientes.
5.1. Reator Branco
Foi realizado ensaio em branco apenas com adição de MEG sem a presença de inoculo
e nutrientes para avaliar a autodegradação.
Antes da vedação do reator houve fluxo de gás de nitrogênio.
5.2. Reatores R1, R2 e R3
Os ensaios foram feitos em triplicata com DQO inicial de 500 mg.l-1
. Para esta
condição foram adicionados 43 ml de MEG, 30ml de inoculo e 227ml de meio nutricional
com composição apresentada na Tabela 2, conforme sugerido por Del Nery (1987). Além
disso, nestes reatores houve fluxo de nitrogênio antes da vedação do recipiente, a fim de
inertizar o meio.
Tabela 2 - Nutrientes que compõem o meio nutricional.
Nutrientes Concentração (mg/L)
CH4N2O 18,75
NiSO4.7H2O 0,150
FeSO4.7H2O 0,750
FeCl.6H2O 0,075
CaCl2.2H2O 7,050
CoCl2.6H2O 0,012
SeO2 0,0105
KH2PO4 12,75
K2HPO4 3,255
Na2HPO4.7H2O 5,010
NaHCO 300,0
Fonte: do autor.
21
5.3. Forma de análise dos resultados
As análises de DQO foram realizadas duas vezes por semana, de acordo com os
métodos do Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (2012), pelo
método colorimétrico.
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1. Reator Branco
O ensaio deste reator foi realizado a fim de conhecer o comportamento da
concentração de monoetilenoglicol em função do tempo, para que fosse possível descobrir se
este efluente se degrada sozinho ou se sua concentração se mantinha constante com o tempo.
Os dados obtidos estão representados na Figura 4.
Figura 4 - Gráfico do comportamento da concentração de MEG em função do tempo.
Fonte: do autor.
22
Analisando a Figura 4 pode-se afirmar que a concentração do efluente se manteve
constante com o tempo e também com valores bem semelhantes, o que indica que não houve
autodegradação.
6.2. Reatores R1, R2 e R3
Os reatores R1, R2 e R3 foram submetidos aos mesmos cuidados e condições a fim de
se obter a comparação entre os dados, os quais foram obtidos por meio de análises de DQO.
Além disso, em cada reator realizou-se 5 fases experimentais: F1, F2, F3, F4 e F5. As Figuras
5, 6 e 7 representam os gráficos correspondentes à duração de cada etapa e a variação das
concentrações de MEG em cada uma delas. Nesses gráficos cada linha pontilhada simboliza o
fim de uma etapa e o início da outra, sendo por este motivo que existem pontos de
amostragem que são bem elevados posteriormente aos de baixos, os quais, respectivamente,
representam os valores iniciais e finais de cada fase.
Figura 5 - Evolução da degradação nas diferentes fases do Reator 1.
Fonte: do autor.
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Figura 6 - Evolução da degradação nas diferentes fases do Reator 2.
Fonte: do autor.
Figura 7 - Evolução da degradação nas diferentes fases do Reator 3.
Fonte: do autor.
Analisando as figuras, nota-se que durante a primeira etapa necessitou-se de um
período maior, em média 15 dias, para haver a diminuição significativa na concentração de
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DQO, enquanto que a partir da segunda etapa, a diminuição ocorreu mais rapidamente, em
média de 10 dias, mesmo partindo-se de uma concentração inicial de MEG maior. Isso
demonstra que os microrganismos adaptaram-se ao meio.
A concentração de MEG para a F1 foi estimada em 500 mg.l-1
, enquanto que as outras
foram estimadas em 800 mg.l-1
. Entretanto, realizando as análises de DQO notou-se que as
concentrações não estavam próximas a este valor, indicando possivelmente uma diluição, já
que não houve autodegradação do efluente, como foi observado anteriormente nas análises do
reator branco.
Assim, a fim de conhecer a remoção de MEG em cada fase de cada reator, estas foram
calculadas, como pode ser observado nas Tabelas 3, 4 e 5.
Tabela 3 - DQO em cada fase do ensaio no Reator 1.
Tempo de operação
(dias)
DQO inicial
(mg.l-1
)
DQO final
(mg.l-1
)
Remoção
(%)
F1 37 500,00 98,12 80,38
F2 17 662,18 191,22 71,12
F3 84 500,00 122,85 75,43
F4 48 395,33 169,33 57,17
F5 70 382,77 108,81 71,57
Fonte: do autor.
Tabela 4 – DQO em cada fase do ensaio no Reator 2.
Tempo de operação
(dias)
DQO inicial
(mg.l-1
)
DQO final
mg.l-1
)
Remoção
(%)
F1 37 500,00 82,66 83,47
F2 17 748,20 191,22 74,44
F3 84 500,00 117,76 76,45
F4 48 364,77 153,54 57,91
F5 70 408,15 141,60 65,31
Fonte: do autor.
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Tabela 5 - DQO em cada fase do ensaio no Reator 3.
Tempo de operação
(dias)
DQO inicial
(mg.l-1
)
DQO final
(mg.l-1
)
Remoção
(%)
F1 37 500,00 95,54 80,89
F2 17 592,81 201,65 65,98
F3 84 500,00 173,78 65,24
F4 48 418,25 158,80 62,03
F5 70 392,92 131,51 66,53
Fonte: do autor.
A partir de todos os dados de remoção da Tabela 3, 4 e 5 é possível encontrar a
remoção média de MEG do meio, que foi de 70,26%.
A fim de estudar outro parâmetro do processo, foi possível obter o valor da constante
cinética da reação de degradação do monoetilenoglicol a partir dos dados de concentração que
foram coletados durante o estudo, especificamente a última fase. Para realizar esta estimativa
foi utilizada a equação (7). Os resultados encontrados para os reatores 1, 2 e 3 estão
representados nas Figuras 8, 9 e 10.
Figura 8 – Estimativa da constante cinética do reator 1.
Fonte: do autor.
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Figura 9 - Estimativa da constante cinética do reator 2.
Fonte: do autor.
Figura 10 - Estimativa da constante cinética do reator 3.
Fonte: do autor.
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A Tabela 6 apresenta o valor da constante cinética obtida para cada um dos reatores.
Tabela 6 - Valores encontrados para a constante cinética aparente e o ajuste de reta a partir das
análises dos dados obtidos em laboratório.
Kap
± σ (h-1
) R2
Reator 1 0,36 ± 0,04 0,95739
Reator 2 0,44 ± 0,07 0,92457
Reator 3 0,66 ± 0,11 0,94935
Fonte: do autor.
Observando-se os gráficos anteriores e o valor do ajuste de reta nota-se que a
estimativa realizada foi adequada. Isso também se comprova a partir dos valores estimados
das concentrações finais ( ) de cada reator encontrados na simulação, os quais foram
próximos aos dados experimentais, como pode ser observado na Tabela 7.
Tabela 7 - Comparação dos valores estimados pelo modelo e encontrados em análises laboratoriais.
Concentração final (mg.l-1
)
Estimativa Experimental
Reator 1 117,60 108,81
Reator 2 131,08 141,60
Reator 3 122,27 131,51
Fonte: do autor.
Observando-se os valores obtidos para a constante cinética a média dos 3 reatores foi
de 0,49 h-1
. Como não existem dados da literatura para que se possa fazer a comparação,
considera-se que este valor possa ser usado como referencia para estudos posteriores.
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7. CONCLUSÃO
A partir das análises de DQO foi possível encontrar a remoção do monoetilenoglicol
presente no efluente estudado, o qual foi em média de 70,26%, indicando uma boa eficiência
no tratamento anaeróbio. Além disso, foi possível obter o valor da constante cinética de
degradação para as condições deste trabalho que foi em média de 0,49 h-1
e pode ser utilizado
como referência para estudos posteriores, já que não existem dados na literatura atual. Para
futuros trabalhos propõem-se outras condições, como a adoção de uma maior concentração de
efluente e até mesmo do lodo.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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examination for water and wastewater. 22th ed. New York. 2012.
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517-525. V. 12. 2003.
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Reatores anaeróbios. 2 ed. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007. 380 p.
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Technology, p. 1411–1417, 2006
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1983.
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LTC, 2009. 4 ed. 853 p.
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Microbiological Research.3 (2): 93-98, 2012.
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médias produções. Disponível em: <http://www.mmc-
equipamentos.com.br/reatormaionese.htm>. Acesso em: 04 maio 2015.
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Technol., V. 17, Philadelhphia, 1983.
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Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental – DESA. Universidade Federal de Minas
Gerais. V. 1. 1996.