Conforme o mundo cresceu, a quantidade de produtos e processos por demanda foram intensificados, ocasionando no aumento subsequente de desperdícios e resíduos descartados, principalmente, em efluentes pelas indústrias, isentos de tratamento de água ou com a aplicação incorreta.
Segundo Macêdo et al. (2001) e Nascimento et al. (2017), caso não haja a descontaminação apropriada desses efluentes, solos e lençois freáticos tendem a estar comprometidos, assim como a saúde dos seres vivos locais. Como um dos métodos mais comuns, baratos e eficazes, a cloração é bastante utilizada para tratamento de água. Porém, em concentrações baixas, é tóxico para o bem-estar e promove a corrosão de dutos (ALVARINO et al., 2023).
Uma forma mais eficaz, sustentável e ainda barata, de acordo com Alvarino et al. (2023), é o uso de carvão ativado, muito utilizado na remoção de fármacos de efluentes a partir do processo de adsorção. A adsorção é um processo de transferência de massa que envolve a capacidade de certos sólidos de reter, em sua superfície, substâncias presentes em fluidos líquidos ou gasosos. Essa característica permite a separação dos diferentes componentes desses fluidos. Assim, seu sucesso é proveniente da sua capacidade adsortiva de materiais orgânicos, ou seja, devido a sua porosidade.
Desse modo, este artigo apresenta como o uso do carvão ativado é necessário para o tratamento dos resíduos aquosos, apresentando suas diferenças para os demais métodos e, principalmente, sua eficácia.
Como ocorre a contaminação de efluentes aquosos
Efluentes aquosos são resíduos líquidos originados das ações humanas, como processos industriais e atividades domésticas. Estes resíduos, normalmente, vêm carregados com impurezas como sólidos suspensos, metais pesados, microorganismos e químicos tóxicos. O tratamento de efluentes é essencial para evitar impactos ambientais e proteger a saúde pública.
Apesar de grande parte das atividades humanas gerarem efluentes, o quão prejudicial a sua contaminação pode ser à natureza dependendo da origem e composição deste efluente. As indústrias são um dos maiores responsáveis pela geração e contaminação de efluentes hídricos, visto que a água tem uma vasta utilidade, seja como solvente, reagente químico e entre outras inúmeras funções que ela pode ter. Efluentes provenientes de indústrias normalmente têm uma grande carga de matéria orgânica. A área têxtil, química, farmacêutica e alimentícia são alguns exemplos de indústrias que utilizam em grandes quantidades substâncias como solventes, corantes, fármacos e compostos fenólicos, estes que tem uma grande capacidade de resistir à biodegradação e se acumular no meio aquático. Entender como ocorre a contaminação dos efluentes em diferentes áreas da indústria ajuda a evitar a contaminação e a desenvolver novas tecnologias de tratamento mais eficazes. Vamos exemplificar alguns efluentes de segmentos diferentes da indústria.
Efluentes da Indústria Têxtil
Os efluentes gerados pelo segmento têxtil tem uma característica bem marcante, sua forte coloração. Este aspecto se dá pelo uso de corantes no processo de tingimento, além da presença de sólidos suspensos, metais pesados e compostos orgânicos clorados e surfactantes.
A indústria têxtil é responsável pelo consumo de dois terços de toda a produção nacional de corantes e cerca de 10% desses corantes são descartados junto ao efluente, causando diversos problemas à natureza. A exposição prolongada do ambiente a esses compostos causa diversos riscos, visto que são resistentes a biodegradação e tóxicos. Alguns podem levar até 50 anos para se degradar em pH neutro a 25°C. Um dos principais tipos de corantes utilizados são os corantes azo, um grupo de compostos aromáticos com estrutura variada, que são prejudiciais à fotossíntese e esgotam facilmente o oxigênio do meio em que se encontram, aumentando a DBO (demanda bioquímica de oxigênio). A presença destes compostos na água impede a entrada de luz, prejudicando a penetração do oxigênio na água, trazendo efeitos tóxicos à flora e fauna, além de diminuir a qualidade da água, esta que muitas vezes é utilizada para consumo da população, exemplo mostrado na Figura 1 abaixo.
Figura 1: Corante despejado irregularmente deixa o rio vermelho.
Diante deste cenário, o tratamento de efluentes têxteis é voltado majoritariamente para a remoção de corantes. Existem diversas formas de tratar este tipo de efluente, mas a maioria não é significativamente eficaz e algumas exigem a combinação de diversas técnicas o que encarece o custo de produção, onde muitas indústrias o deixam de lado. Dentre tantos processos possíveis, com relação a tratamentos físico-químicos temos a coagulação e floculação, adsorção e processos oxidativos avançados. Tratamentos biológicos também são eficazes, ao utilizar enzimas para transformar substâncias tóxicas em alguma outra substância menos nociva.
Efluentes da Indústria Farmacêutica
A indústria farmacêutica é responsável pela produção de fármacos, compostos que, a determinadas concentrações possuem valor biológico para seres humanos e outros animais. Com a produção também há a geração de efluentes, onde a maioria dos fármacos produzidos também estão presentes, estes que possuem princípios ativos como antibióticos e hormônios e assim como os compostos farmacêuticos surtem efeito em nossos corpos, o mesmo acontece no meio ambiente, podendo causar a feminização de seres vivos, pelo aumento de hormônios (principalmente estrogênio) na água e resistência bacteriana, prejudicando a manutenção da vida que depende desses seres. Porém, mesmo que grande parte dessa contaminação ocorra pelo descarte de efluentes industriais, animais e seres humanos também são responsáveis pelo aumento da presença desses compostos da natureza, mesmo que não propositalmente, visto que todos consomem medicamentos e parte das substâncias presentes neles são liberadas na urina e fezes, além de casos onde medicamentos vencidos são despejados em descargas.
A presença de fármacos no ambiente representa um grande risco à saúde humana e aos seres que vivem em locais onde os efluentes farmacêuticos são descartados, por isso os efluentes também devem passar por processos de tratamento. Assim como na indústria têxtil, existem diversas formas de fazer esse tratamento, novamente é possível utilizar processos biológicos, utilizando bactérias. O grande problema é que muitos fármacos têm compostos orgânicos inibitórios que podem inibir as ações bacterianas, além de que alguns efluentes precisam passar por uma etapa pós-tratamento para remoção total dos fármacos. Assim como em outros setores da indústria, o tratamento de efluentes farmacêuticos requer combinações de técnicas, encarecendo o processo, onde muitas indústrias negligenciam o tratamento e liberam efluentes contaminados no meio ambiente.
Figura 2: Efluentes de uma indústria farmacêutica.
Efluentes da Indústria Alimentícia
Os efluentes da indústria alimentícia são carregados de matéria orgânica, resto de alimentos, gordura, sangue e produtos de limpeza, mas sua composição pode variar de acordo com o segmento da produção. Os efluentes da indústria de laticínios, por exemplo, possuem resíduos de leite, proteínas, açúcares, ácido lático, além de resquícios de vermífugos e antibióticos.
O tratamento deste tipo de efluente é de suma importância, o descarte inadequado de efluentes alimentícios causa diversos problemas ao ambiente, como o esgotamento de recursos naturais para a degradação da matéria orgânica proveniente destes resíduos, eutrofização devido a alta presença de nutrientes, principalmente nitrogênio e fosfato e morte de diversos seres vivos da região onde houve o despejo devido a falta de recursos.
A forma como ocorre o tratamento depende muito do segmento da indústria alimentícia, mas de forma geral, processos de adsorção seguidos de processos biológicos com Iodo ativo, por exemplo, se mostram eficientes, mas para a descontaminação total, processos específicos para cada ramo da indústria devem ser aplicados.
Histórico do uso de carvão ativado
O uso do carvão ativado se destaca entre os métodos de filtragem e purificação. Devido sua estrutura desorganizada e a presença de microporos, possui alta capacidade de adsorção. Sua produção ocorre a partir do processo de ativação do material, composto por resíduos orgânicos. Este processo pode ocorrer de forma física ou de forma química. Pelo meio físico, o material é submetido a altas temperaturas onde é carbonizado e, posteriormente, ativado. No meio químico, tanto a carbonização quanto a ativação é realizada por um composto que é adicionado à matéria-prima e mantido em uma temperatura elevada, porém, menor do que a temperatura alcançada no método físico. O carvão produzido pela forma química apresenta um maior número de poros, o que aumenta sua área superficial e, por consequência, o torna mais eficiente para fins de tratamento e purificação.
Figura 3: Imagem do carvão do caroço de buriti ativado a 900 ºC, obtida por microscopia eletrônica de varredura
Os primeiros registros de uso do carvão ativado datam de cerca de 1500 a.C., onde era usado medicinalmente. Entretanto, Scheele et al (1773) citado por Sadashiv Bubanale, M Shivashankar (2017) descobriu apenas no século XVIII o poder de adsorção do carvão ativado, observando gases em sua superfície. Anos depois, Lowitz et al (1785) citado por Sadashiv Bubanale, M Shivashankar (2017) estudou pela primeira vez o seu uso em fases líquidas, descolorindo um meio aquoso.
Desde então, o carvão ativado segue sendo objeto de estudos para diversas aplicações e é utilizado em diversas indústrias, sendo um agente purificador importante em várias etapas e processos, além de agir nos efluentes. Um exemplo mais próximo dos tempos atuais é o seu uso em tratamento de água, retendo impurezas e matérias orgânicas presentes no meio.
O uso do carvão ativado para tratamento de efluentes comparado com outros métodos
Qual a eficiência no uso do carvão ativado no tratamento de efluentes em comparação a outros métodos?
O tratamento de efluentes com o uso de carvão ativado se mostra, em diversos estudos, um tratamento de alta eficiência, tanto em comparação com outros métodos de adsorção, e também em comparação com outros métodos de tratamento, como coagulação se utilizando de sulfato de alumínio, e um pouco menos eficiente comparado a processos mais complexos como processos oxidativos avançados (POA). Esta alta eficiência é vista em diferentes situações-problema como no tratamento de efluentes têxteis, efluentes da produção de biodiesel e adsorção de cromo (IV) em tratamento de efluentes de galvanoplastias.
Apesar dos resultados muito positivos, através dos estudos de Sousa et al. (2021, p. 415) de tratamento de efluentes de resíduos têxteis, onde as concentrações de carvão ativado (g/l) e o pH do meio foram variados e analisados turbidez e DQO (demanda química de oxigênio), como apresentado na Figura 4, é evidenciado a alta da eficiência no menor nível de pH, o que pode trazer custos a utilização de correção de pH do processo. Já positivamente é mostrado na mesma figura que tanto a turbidez quanto o DQO atingem níveis próximos ao máximo em uma mesma concentração de carbono ativado (0,4 g/L) e pH (5,5) .
Figura 4: Relação entre a eficiência média de remoção dos parâmetros e a concentração de adsorvente nos diferentes valores iniciais de pH.
A influência do pH para a adsorção utilizando carvão ativado pode ser vista também no estudo de (Oliveira; Féris 2014) onde é possível ver através da adsorção de Cr6+ a influência do pH para níveis satisfatórios de adsorção do material, sendo os níveis de pH mais baixos os mais eficientes, como mostram a Tabela 3.1 retiradas do estudo:
Conclui-se que esta técnica é atrativa para aplicação em tratamento de efluentes de galvanoplastias, pois os efluentes gerados neste tipo de processo são ácidos, sendo assim não necessitaria de grandes gastos com produtos químicos para o ajuste de pH.(Oliveira; Féris 2014)
Como é concluído no estudo, o método de adsorção com carbono ativado em alguns materiais necessitam de níveis muito baixos pH para um resultados satisfatório, e, para efluentes ácidos como no caso-problema do estudo são muito viáveis, já em efluentes neutros ou básicos pode se tornar um problema acidificar os efluentes para posteriormente neutralizá-los.
Conclusão
(retomada geral do que foi citado, 3 linhas no máximo (não repetir muitas coisas), e explicar como as autoridades podem investir mais nestas pesquisas a fim de melhorar a qualidade desses efluentes).
Nesse estudo, examinou-se a eficiência no tratamento de efluentes contaminados de diversas indústrias a partir da capacidade adsortiva do carvão ativado. O adsorvente apresentou maior eficácia na retirada de Cr (VI), por exemplo, em meios mais ácidos, obtendo até 100% de eliminação de resíduos. Além disso, para efluentes têxteis, com pH de 5,5 o carvão ativado (0,4 g/L) atingiu pontos máximos de inibição de compostos orgânicos tanto na forma de DQO quanto na turbidez.
Outrossim, visando a sustentabilidade e economia no tratamento, pesquisas a respeito de carvão produzido a partir da carbonização e ativação da casca de Tingui, reproduzem o mesmo feito dos carvões ativados supracitados e em meios ácidos/básicos ou neutros de maneira que não agride o meio ambiente, a saúde humana e trata da problemática.
Sendo assim, após mostrar os pontos a respeito do potencial do carvão ativado em meios aquosos, investir em pesquisas na área é o futuro, visto que é um composto alternativo e melhor que os outros métodos de adsorção/separação ao inibir e não gerar mais resíduos em contato com o meio.
Referencias:
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