Condições ótimas para tratamento de efluente têxtil usando destilação por membrana por contato direto

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2019No presente trabalho buscou-se determinar as condições ótimas de um processo de destilação por membrana por contato direto (DMCD) aplicado ao tratamento de águas residuais da indústria têxtil com soluções sintéticas dos corantes preto reativo e preto disperso com a membrana plana comercial poli(tetrafluoretileno) (PTFE). Foi empregado um delineamento composto central rotacional constituído de um fatorial 23, com repetições no ponto central de alguns experimentos, ao nível de 95% de confiança. Vazão de alimentação (Va), Vazão de permeado (Vp) e Temperatura de alimentação (Ta) foram as variáveis independentes, fluxo final e a taxa de rejeição de cor as variáveis dependentes. Definiu-se que a melhor condição operacional aplicada ao tratamento das duas classes de corantes têxteis foi a mesma e igual a: Va= 4 L.min-1, Vp = 1 L.min-1 e Ta= 84 °C. Obteve-se fluxo final máximo de 40,4 kg.m-2.h-1 para o corante reativo, e 47,3 kg.m-2.h-1 para o corante disperso. Taxas de rejeição acima de 99% foram observadas nos dois casos. Os resultados obtidos a partir do planejamento experimental mostraram que quanto maior os valores da temperatura de alimentação e das vazões, maior o fluxo de permeado para ambas as classes de corantes estudadas. Foi observado que a taxa de rejeição de cor não depende das condições operacionais e sim das características das membranas e dos corantes. A caracterização das membranas utilizadas mostrou que não foi observado corantes depositados sobre a superfície e nem alteração dos grupos funcionais da membrana, aspecto importante visto que condições operacionais testadas foram acima das relatadas na literatura para tratamento de efluentes têxteis. Por fim, as condições ótimas determinadas foram aplicadas no tratamento de duas águas residuais têxteis reais: tingimento de algodão com o corante preto reativo e poliéster com o corante preto disperso. A utilização do processo DMCD não foi possível com o efluente do tingimento de algodão, o que foi atribuído à alta concentração de agentes químicos presentes levando a passagem de corante através da membrana. Já para o efluente com o corante disperso foi obtido um fluxo final de 41,9 kg.m- 2.h-1 e uma taxa de rejeição acima de 99%, valores estes próximos do obtido com as soluções sintéticas.Abstract: The objective of the present work was to determine the optimal conditions of Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) process applied to the wastewater treatment of the textile industry with synthetic solutions of the reactive black and disperse black dyes and using a commercial flat poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) membrane. A central rotational compound design was used, consisting of a 2³ factorial, with repetitions at the central point and some experiments at the 95% confidence level. Feed flow, (Va), permeate flow, (Vp) and feed temperature (Ta) were defined as the independent variables, and final permeate flow and the color rejection rate were the dependent variables. It was determined that the best operational condition applied to the usage of the two classes of textile dyes were the same and equal to Va = 4 L.min-1, Vp = 1 L.min-1 and Ta = 84ºC. The maximum permeate flux obtained was of 40.4 kg.m-².h-¹ for the reactive dye, and 47.3 kg.m-².h-¹ for the disperse dye. Rejection rates above 99% were observed in both cases. The results from the experimental design showed that the higher the temperature and flow values, the higher the permeate flux for both classes of dyes studied. It has been observed that the color rejection does not depend on the operating conditions but the characteristics of the membranes and the dyes. The characterization of the membranes used showed that no dyes were deposited on the surface, and no alteration of the functional groups of the membrane was observed - an important aspect since in this study the operating conditions tested were above those reported in the literature for treatment of textile effluents. Finally, the determined optimum conditions were applied in the treatment of two real textile wastewaters: cotton dyeing with the reactive black dye and polyester with the disperse black dye. The use DCMD process was not possible with the cotton dye effluent, which was attributed to the high concentration of chemical agents present leading to the passage of dye through the membrane. For the effluent with the disperse dye, a final flow of 41.9 kg.m-².h-¹ and a rejection rate above 99% were obtained, values close to that obtained with the synthetic solutions