Caracterização e avaliação da redução da toxidade dos efluentes de uma indústria metal-mecânica

Abstract

A contaminação dos recursos hídricos devido ao despejo de compostos químicos não removidos por técnicas convencionais de tratamento de efluentes é um fator de risco ambiental a ser considerado pelo setor industrial. Padrões legais de toxicidade têm sido recentemente aplicados pelo órgão de proteção ambiental do Estado do Rio Grande do Sul – Brasil (FEPAM) às fontes de emissão de efluentes, o que vem estimulando às indústrias da região a avaliar suas práticas operacionais e a eficácia dos seus métodos de tratamento de efluentes. O presente estudo apresenta os resultados iniciais de implantação de um Programa de Avaliação da Redução da Toxicidade (ART), aplicado aos efluentes de uma indústria metal-mecânica. O estudo teve como objetivo caracterizar a variabilidade das concentrações de parâmetros analíticos e de toxicidade (Daphnia magna), dos efluentes não oleosos tratados em processo convencional físico-químico, bem como de avaliar o desempenho dos processos avançados de tratamento (carvão ativado e troca iônica), para redução das concentrações de parâmetros analíticos e de toxicidade. Além disso, também foram caracterizados os níveis de toxicidade dos efluentes oleosos, tratados por evaporação em termocompressão a vácuo. Para executar os tratamentos dos efluentes não oleosos foram utilizadas 7 correntes distintas de efluentes industriais, subdivididas em 4 bateladas de tratamento. Durante a caracterização foram realizadas 3 variações das concentrações de efluentes brutos em cada batelada adicionada ao reator para tratamento. Na fase de caracterização foram coletadas amostras dos efluentes tratados por processo convencional em 2 etapas distintas do tratamento, antes e após o uso conjunto de policloreto de alumínio (coagulante) e de polímero aniônico (floculante). Na fase de avaliação da redução os efluentes foram coletados após a etapa final do tratamento fisico-químico (FQ), bem como após a aplicação dos processos avançados de adsorção em colunas de carvão ativado granular (CA) e de troca iônica (TI) em resina catiônica quelante e seletiva para metais pesados. Os resultados de caracterização indicam a ocorrência de concentração efetiva tóxica para microcrustáceos (D. magna) em níveis não detectáveis (CE50 > 100%), bem como em baixa concentração de efluente (CE50 = 0,48%). A CE50 apresentou variabilidade expressiva na maior parcela (67%) das composições de efluentes brutos avaliadas. A aplicação da etapa de coagulação e floculação repercutiu em redução da toxicidade aguda (CE50) para microcrustáceos em metade (50%) dos tratamentos executados. No entanto, uma parcela considerável dos tratamentos (38,9%) repercutiu em elevação da toxicidade após coagulação-floculação. Os efluentes não oleosos foram destacadamente caracterizados por uma alta concentração de sais dissolvidos. Identificou-se uma provável contribuição de sais metálicos de alumínio, cobre, cromo, níquel, sílica e zinco para toxicidade observada nos efluentes. Os efluentes oleosos tratados por evaporação foram caracterizados por exercer efeito tóxico crônico para algas (Pseudokirchneriella subcapitata) no intervalo entre (1,26% ≤ CI50 ≤ 14,92%), para microcrustáceos (D. magna) entre (0,003% ≤ CE50 ≤ 0,40%) e para peixes (Pimephales promelas) entre (6,70% ≤ CL50 ≤ 15,93%). Os resultados de avaliação da redução da toxicidade demonstraram a ocorrência de efeito crônico para algas (P. subcapitata) no intervalo entre (0,078% ≤ CI50 ≤ 1,189%) após FQ, entre (0,117% ≤ CI50 ≤ 34,467%) após CA e entre (0,030% ≤ CI50 ≤ 46,559%) após TI. Para microcrustáceos (D. magna) a toxicidade aguda foi manifestada no intervalo entre (0,70% ≤ CE50 ≤ 21,02%) após FQ, entre (9,15% ≤ CE50 ≤ 24,15%) após CA e entre (7,18% ≤ CE50 ≤ 65,98%) após TI. Por fim, para peixes (P. promelas) o efeito tóxico agudo foi exercido nas concentrações letais entre (9,81% ≤ CL50 ≤ 35,36%) após FQ, entre (17,36% ≤ CL50 ≤ 70,71%) após CA e entre (17,68% ≤ CL50 ≤ 70,71%) após TI. Durante os tratamentos avançados, a aplicação de CA indicou maior tendência de redução da toxicidade para algas (75%) e microcrustáceos (91,7%) e peixes (83,4%). No entanto, esta redução foi considerada expressiva para algas em apenas 8,7% dos tratamentos, para peixes em 16,7% e limitada a níveis moderados para microcrustáceos. O uso de TC ocasionou redução da toxicidade para algas em 66,7% dos tratamentos, para microcrustáceos em 75% e para peixes em 16,6%. Esta redução da toxicidade foi expressiva para algas e para peixes em apenas 8,7% dos tratamentos e para crustáceos em 16,7%. Em todos os tratamentos por CA e por TC foram identificados eventos de inalteração da toxicidade ou elevação em níveis não expressivos. Os resultados dos parâmetros analíticos indicaram um ineficaz desempenho dos processos avançados de tratamento para remoção das elevadas concentrações de sais dissolvidos dos efluentes. Alumínio, cobre, cromo e níquel apresentaram redução expressiva de suas concentrações médias após aplicação do carvão ativado. No que se refere ao processo de troca iônica, as concentrações médias de cobre e de níquel apresentaram redução expressiva. Eventos de aumento ou de inalteração da concentração de parâmetros analíticos foram observados na maioria dos tratamentos avançados, sugerindo a necessidade de melhorias ao sistema avançado de tratamento.

The contamination of water resources due to the dumping of chemicals not removed by conventional wastewater treatment techniques is an environmental risk factor to be considered by the industrial sector. Toxicity legal requirements have recently been applied by the environmental protection agency of the State of Rio Grande do Sul - Brazil (FEPAM) the sources of emission of effluents, which has stimulated industries to the region to assess their operational practices and the effectiveness of their methods of wastewater treatment. This study presents the initial results of implementation of a Toxicity Reduction Evaluation (TRE) program, applied to the wastewater from a metal-mechanical industry. The study aimed to characterize the variability in concentrations of analytical and toxicological parameters (D. magna), non-oily wastewater treated in conventional physical-chemical process as well as to evaluate the performance of advanced treatment processes (activated carbon and ion exchange) to reduce the concentrations of analytical and toxicological parameters. In addition were characterized the toxicity levels of oily wastewater treated by vacuum thermocompression evaporator. To perform the treatments of non-oily wastewater were used 7 separate streams of industrial wastewaters, subdivided into 4 treatment batches. During the characterization were performed 3 variations of raw wastewater concentrations added to each batch reactor for treatment. In the characterization phase the samples of effluent treated by conventional process were collected in 2 different stages of treatment, before and after the joint use of aluminum polychloride (coagulant) and an anionic polymer (flocculant). In the evaluation reduction phase the effluents were collected after the final stage of physical-chemical treatment (CF), and after the application of advanced processes of adsorption in columns of granular activated carbon (CA) and ion exchange (TI) in chelating cationic resin, selective for heavy metals. The characterization results indicate the occurrence of toxic effective concentration microcrustaceans (D. magna) on undetectable levels (EC50 > 100%) levels in which the toxic effect was exerted even with low effluent concentration (EC50 = 0.48%). The characterization results indicate the occurrence of toxic effective concentration to microcrustaceans (D. magna) in non-detectable levels (EC50> 100%) as well as in low effluent concentration (EC50 = 0.48%). The EC50 showed significant variability in the largest portion (67%) of raw wastewater compositions evaluated. The application of coagulation and flocculation step reflected in reducing acute toxicity (EC50) for microcrustaceans in half (50%) of the treatments performed. However, a considerable portion of the treatments (38.9%) reflected in increased toxicity after coagulation-flocculation. The non-oily wastewater were notably characterized by a high concentration of dissolved salts. We identified a likely contribution of metallic salts of aluminum, copper, chromium, nickel, zinc and silica for toxicity observed in the non-oily wastewater. The oily wastewater treated by evaporation were characterized by algae chronic toxicity (Pseudokirchneriella subcapitata) in the range (1,26% ≤ IC50 ≤ 14,92%), to microcrustaceans (D. magna) of (0,003% ≤ EC50 ≤ 0,40%), and fish (Pimephales promelas) between (6,70% ≤ LC50 ≤ 15,93%). The reduction evaluation results of toxicity demonstrated the occurrence of algae chronic toxicity (P. subcapitata) in the range (0,078% ≤ IC50 ≤ 1,189%) after CF, between (0,117% ≤ IC50 ≤ 34,467%) after CA and between (0,030% ≤ IC50 ≤ 46,559%) after TI. To microcrustaceans (D. magna) acute toxicity was manifested in the range (0,70% ≤ EC50 ≤ 21,02%) after CF, between (9,15% ≤ EC50 ≤ 24,15%) after CA and between (7,18% ≤ EC50 ≤ 65,98%) after TI. Finally, fish (P. promelas) acute toxic effect was exercised in lethal concentrations between (9,81% ≤ LC50 ≤ 35,36%) after CF, between (17,36% ≤ LC50 ≤ 70,71%) after CA and between (17,68% ≤ CL50 ≤ 70,71%) after TI. During the advanced treatments, application of CA indicated a greater tendency to reduce toxicity to algae (75%), microcrustaceans (91.7%) and fish (83.4%). However, this reduction was considered expressive for algae in only 8.7% of treatments, for fish in 16.7% and limited to moderate levels for microcrustaceans. The use of ion exchange resulted in toxicity reduction for algae in 66.7% of treatments, for crustaceans in 75% and for fish in16.6%.This toxicity reduction was expressive to algae and fish in only 8.7% of treatments and microcrustaceans in 16.7%. In all treatments for CA and CT were identified events remain toxicity unchanged or increase in not expressive levels. The results of the analytical parameters inidcate an ineffective performance of advanced treatment processes for the removal of high concentrations of dissolved salts from effluents. Aluminum, copper, chromium and nickel showed a significant reduction in their average concentrations after application of activated carbon. Regarding to the ion exchange process, the average concentrations of copper and nickel showed a significant reduction. Events of increase or no changes in the concentration of analytical parameters were observed in most advanced treatments, suggesting the need for improvements to the advanced treatment system.