Resíduos sólidos provenientes da queima do carvão de usina termelétrica

Carina Pitwak Magdalena¹, Denise Alves Fungaro²

1. Graduada em Ciências Biológicas pela Universidade Santa Cecília –Santos/SP, Mestre na área de química ambiental pelo IPEN/USP, Doutoranda na área de química ambiental pelo Centro de química e Meio Ambiente – IPEN/USP

Centro de Química e Meio Ambiente – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 2242 – CEP: 05508-000 – São Paulo – SP – Brasil.

Telefone: (055 11 3133-9315) – Email: carinapitwakmagdalena@yahoo.com.br

2. Graduada em Química e Licenciatura em Química pela Universidade de São Paulo, Mestre e Doutorada em Química Analítica pela Universidade de São Paulo, pós-doutorado em eletroquímica aplicada ao Meio Meio Ambiente pela Universidade de Coimbra-Portugal.

Centro de Química e Meio Ambiente – Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - Universidade de São Paulo, Av. Prof. Lineu Prestes, 2242 – CEP: 05508-000 – São Paulo – SP – Brasil.

Telefone: (055 11 3133-9315) – Email: dfungaro@ipen.br

Resumo

O presente trabalho teve como objetivo analisar as questões relacionadas aos resíduos sólidos, no caso, as cinzas de carvão, provenientes da queima do carvão mineral de Usina Termelétrica. Este estudo avaliou a necessidade de reutilização de parte desses resíduos sólidos para minimização do seu impacto sócio-ambiental negativo. O estudo destacou a relação entre as cinzas de carvão e sua transformação em material zeolítico, sendo este utilizado como um material adsorvedor para descontaminar a água proveniente de um processo industrial têxtil. Esta pesquisa permitiu entender a importância de políticas públicas voltadas para as cinzas de carvão como um resíduo sólido reciclável para tratamento de efluente têxtil, pois a disposição final destas cinzas em céu aberto é resultado da falta de planejamento, acarretando um aumento da degradação ambiental.

Palavras-chave: Cinzas de carvão; zeólita; corante têxtil; políticas públicas.

Introdução

  Grande parte da população ainda pensa que a água é um recurso infinito e, assim, a desperdiça de vários modos. Muitos esquecem que a água é o bem essencial para sobrevivermos.

A indústria têxtil brasileira constitui uma atividade tradicional, tendo sido peça fundamental na estratégia de desenvolvimento da política industrial brasileira. Por meio dela o Brasil iniciou seu processo de industrialização.

Os processos e despejos gerados pela indústria têxtil variam à medida que a pesquisa e o desenvolvimento produzem novos reagentes, novos processos e novas técnicas, e de acordo com a demanda do consumo por outros tipos de tecidos e cores. Numerosas operações são necessárias a fim de dar ao tecido o máximo de propriedades, gerando assim, em cada etapa, diferentes despejos.

O potencial poluidor de uma indústria têxtil de pequeno/médio porte equivale ao volume de resíduos gerados por aproximadamente 7.000 pessoas ou, ainda, ao de 20.000 pessoas considerando-se o teor de material orgânico. A etapa de tingimento é uma das mais importantes dentro do processo produtivo têxtil. Infelizmente, ela também possui destaque do ponto de vista ambiental, pois cerca de 30% dos corantes utilizados neste processo não se fixam nas fibras e são descarregados como efluentes nos corpos d'água (Pereira e Freire, 2005).

A contaminação das águas naturais é uma preocupação constante e tem sido um dos grandes problemas da sociedade moderna. Novas normas e legislações vêm sendo desenvolvidas a fim de minimizar o impacto ambiental. Sendo assim, a indústria têxtil, por consumir grandes volumes de água no processo de tingimento, recebe atenção especial, devido à geração de efluentes geralmente difíceis de tratar (Kunz, et al., 2002).

A cor é uma das características de um efluente de mais fácil detecção e o mais óbvio indicador de poluição de águas. Os efluentes de indústrias têxteis, indústrias de manufaturas de corantes e de papel e polpa são altamente coloridos.

Quando não tratados adequadamente, e lançados em águas naturais, os efluentes provenientes do processo de tingimento de fibras têxteis podem modificar o ecossistema, diminuindo a transparência da água e a penetração da radiação solar, o que pode modificar a atividade fotossintética e o regime de solubilidade dos gases. Entretanto, admite-se que o maior problema ambiental envolvendo corantes se traduz na ampla utilização de azocorantes, espécies químicas de reconhecido efeito carcinogênico e mutagênico, uma vez que os azocorantes representam cerca de 60% dos corantes atualmente utilizados no mundo (Souza e Peralta-Zamora, 2005).

Há vários métodos convencionais para tratar efluentes com corantes, porém todos têm alguma limitação para remover a cor destes descartes aquosos. Em tratamento de efluentes aquosos, o processo de adsorção com carvão ativado tem sido usado como adsorvente padrão para a remoção de cor. Todavia, o seu alto custo tem gerado várias pesquisas com o objetivo de buscar outros adsorventes alternativos que sejam eficazes e de baixo custo (Ozdemir et al., 2004; Kara et al., 2007).

Devido a essas implicações ambientais, novas tecnologias têm sido pesquisadas para a degradação ou imobilização destes compostos em efluentes têxteis.

Por outro lado, usinas termelétricas a carvão geram toneladas de cinzas e a sua disposição inadequada causa a contaminação do solo e das águas superficiais e subterrâneas. A principal aplicação destas cinzas é na fabricação e incorporação ao cimento, o que ainda ocorre em pequena escala (~30%). O pequeno nível de consumo das cinzas de carvão é inevitável devido à combinação de custos altos de transporte com produto de valor relativamente baixo no mercado. No Brasil, estima-se que se produzam anualmente cerca de três milhões de toneladas de cinzas nas usinas termelétricas (Levandowski e Kalkreuth, 2009).

As usinas termelétricas estão entre os maiores geradores de resíduos sólidos no mundo. Embora as estimativas de geração de cinzas de carvão variem, os relatos na literatura mostram que apenas uma parte é reutilizada.

Para se ter uma ideia, em âmbito internacional, os Estados Unidos produzem anualmente cerca de 63 milhões de toneladas de cinzas volantes e 17 milhões de toneladas de cinzas pesadas, das quais 30% são reutilizadas, e o restante é disposto em aterros ou represado em superfície (Malhotra et al., 2002).

Em 2004 o Canadá produziu 4,7 milhões de toneladas de cinzas volantes e apenas 31% foram usados na indústria de cimentos (Panagapko, 2004).

Na Índia, 65% da energia elétrica são geradas por meio da utilização do carvão (Rath et al., 2009). A produção de cinzas volantes entre 2000 e 2001 foi de 150 milhões de toneladas (Gupta et al., 2005). O aproveitamento das cinzas volantes na construção civil é menor que 15%; as demais não são utilizadas (Dwivedi et al., 2008). Vários estudos são feitos para reduzir o custo de descarte ou para minimizar o impacto ambiental (Ojha et al., 2004).

Em 2002, a produção de cinzas na China foi de 150 milhões de toneladas e cerca de 100 milhões de toneladas foram utilizadas. Das cinzas volantes geradas no país, a China utiliza quase 70%; além de usá-las em concreto, a indústria chinesa está pesquisando a reciclagem de alumina a partir de cinzas volantes (Cao et al., 2008).

No ano de 2001, o Japão gerou 8,8 milhões de toneladas de cinzas, das quais 1,6 milhões foram estocadas sem utilização (Souza et al., 2005).

A Alemanha produz anualmente 4,3 milhões de toneladas de cinzas volantes e utiliza quase 100% em indústrias de cimento e concreto, além de outros materiais de construção, produtos cerâmicos, alvenaria, construção de estradas e outras aplicações (Cao et al., 2008).

Uma das formas de reduzir o impacto ambiental decorrente da disposição destes resíduos consiste na ampliação do seu aproveitamento. Uma das alternativas de utilização é a transformação das cinzas de carvão em um adsorvente de baixo custo que seja capaz de remover corantes solúveis de efluentes aquosos (Fungaro et al., 2005).

O processo de adsorção é uma das técnicas que tem sido bastante utilizada para o tratamento de efluentes contendo corantes. Esta técnica envolve a transferência de massa de uma fase liquida para uma superfície sólida. Este processo encontra grande aplicação industrial, pois associa baixo custo e elevadas taxas de remoção. Além disso, em alguns casos possibilita a recuperação do corante sem perda de sua identidade química por ser um método não destrutivo. O carvão ativado é o mais popular e eficiente adsorvente usado. Entretanto, o alto custo restringe o seu uso, principalmente em países em desenvolvimento. É necessário, portanto, a busca de materiais de baixo custo para ser utilizado industrialmente como adsorvente (Soares, 1998).

Um dos resíduos sólidos mais significativos em termos de volume no Brasil são as cinzas de carvão geradas em usinas termelétricas. As cinzas de carvão mineral são constituídas basicamente de sílica e alumina, sendo possível convertê-las em material zeolítico após tratamento hidrotérmico com hidróxido de sódio (Fungaro et al., 2005a), capaz de adsorver substâncias tóxicas de águas contaminadas, sendo um esforço no sentido de mitigar os impactos ambientais decorrentes da disposição destes resíduos no meio ambiente.

Porém, a preocupação com resíduos, de maneira geral, é relativamente recente no Brasil. Os indicadores de resíduos sólidos no Brasil mostram que apesar dos avanços obtidos nos últimos anos ainda há muito por se fazer. Diferente de países como os EUA, onde no final da década de 1960 já existia uma política para resíduos chamada de Resource Conservation and Recovering Act (RCRA).

Recentemente, foi editada lei específica de política nacional de resíduos sólidos, nº 12.305, de 2 de agosto de 2010, que veio a integrar a política nacional do meio ambiente. Esta lei consagra o viés social da reciclagem, com participação formal dos catadores organizados em cooperativas.

Diante deste quadro, a perspectiva de se constituir uma Política Nacional para estabelecer princípios, objetivos e instrumentos, bem como diretrizes e normas para o gerenciamento dos resíduos no país, é de extrema relevância. Mais importante ainda é o fato dessa política definir um papel para o Estado na direção de um desenvolvimento socialmente justo e ambientalmente sustentável (Campos e Braga, 2005).

A Política Nacional está sendo intensamente debatida por inúmeros setores sociais interessados na implementação de uma legislação que não apenas regule o funcionamento desta área, mas principalmente institua leis que resultem em mudanças na situação dos resíduos sólidos em nível federal, estadual e municipal (Campos e Braga, 2005).

Portanto, está em questão a regulamentação de sistemas de tratamento de todos os resíduos gerados e a instituição de responsabilidades bem definidas, segundo os tipos de resíduos (Campos e Braga, 2005)

Contribuições da pesquisa

Zeólitas são minerais naturais ou sintéticos que apresentam características estruturais em comum. Na natureza, são geralmente encontradas em depósitos associados com a ativação alcalina de rochas vulcânicas.

Em geral, zeólitas são um grupo de aluminossilicatos hidratados de metais alcalinos ou alcalinos-terrosos (principalmente sódio, potássio, magnésio e cálcio) com poros de diâmetro uniforme, cavidades internas regulares e canais de dimensões e formas reduzidas (Singh e Kolay, 2002).

Devido as suas propriedades únicas, as zeólitas têm um grande potencial como material adsorvente para um grande número de aplicações de tratamento de água, tais como amaciantes de água (para caldeiras e potável), remoção de amoníaco, remoção de metais, remoção de fosfatos, remoção de compostos orgânicos dissolvidos e corantes, tratamento de derramamento de petróleo, separação de impurezas sólidas, purificação de águas com rejeitos radioativos, dessanilização da água do mar, e muitos outros (Shoumkova, A., 2011).

Zeólitas sintéticas obtidas por reprocessamento de produtos industriais, especialmente cinzas leves de carvão, têm um enorme potencial como custo-benefício, solução ambiental amigável que pode melhorar a eficiência do resíduo de tratamento de água. O preço baixo e o benefício adicional ecológico (ex: eliminação de resíduos sólidos) da produção de zeólitas a partir de resíduos aumenta sua popularidade e inspira o interesse crescente entre pesquisadores e fabricantes mundiais de zeólita (Shoumkova, A., 2011).

O material zeolítico sintetizado a partir de cinzas de carvão mostrou-se eficiente como material adsorvente de baixo custo na remoção do azocorante corante reativo em solução aquosa utilizando o processo de adsorção. A mitigação dos impactos ambientais e dos prejuízos à saúde humana causados pela atividade de complexos carboelétricos com a transformação de um rejeito poluidor em matéria-prima de um produto aplicável no tratamento de efluentes industriais é a grande contribuição do presente estudo.

Vale ressaltar que estudos ainda deverão ser desenvolvidos para que estas zeólitas possam ser aplicadas em escala industrial como forma de tratamento de efluente real.

Considerações Finais

Partindo-se da premissa que reciclar os resíduos industriais ao invés de descartá-los é uma alternativa de desenvolvimento sustentável que vem ganhando importância na atual política ambiental, a primeira forma de controle da poluição é a racionalização da exploração de recursos minerais.

A reciclagem das cinzas é uma proposta de baixo custo, pois transforma um problema de disposição em economia, limpeza e proteção ambiental. Neste contexto é que se propõem estudos da transformação das cinzas de carvão em material zeolítico, considerado um produto de valor agregado.

A zeólita de cinzas de carvão tem, pelo menos, 20 aplicações diferentes, destacando-se entre elas o uso como material adsorvente de baixo custo.

A produção de adsorventes de baixo custo e a sua aplicação no tratamento de água são consideradas componentes valiosas na implantação de políticas de desenvolvimento sustentável de programas nacionais e locais, além de apresentar vantagens econômicas.

A aplicação da tecnologia desenvolvida na pesquisa possui dupla função de gestão de resíduos sólidos, pois primeiro recolhe as cinzas de carvão que deixam de ser lançadas a céu aberto, poluindo o meio ambiente, para em seguida, serem recicladas e transformadas em zeólita, a qual é utilizada, no caso, para adsorção (remoção) de corante têxtil, sendo esta a sua segunda utilidade.

Além disso, visando proteger os corpos receptores de efluentes no Estado de São Paulo, a Secretaria Estadual do Meio Ambiente editou a Resolução SMA 03/2000 para reduzir a carga de toxicidade pelo lançamento de efluentes ao aprovar e fixar o "Controle Ecotoxicológico de Efluentes Líquidos". Essa resolução estabelece os limites de lançamento para garantir que, após a diluição do efluente no rio, este não sofra declínio na qualidade da água. No âmbito federal, o Conselho Nacional do Meio Ambiente editou a Resolução CONAMA 357/2005, e que passa a incluir a obrigatoriedade do Controle Ecotoxicológico para Efluentes, direcionando a exigência para o Órgão Ambiental Estadual.

Para a avaliação final do efluente, a Ecotoxicologia Aquática contribui também para avaliar o impacto causado quando ocorre a emissão de efluentes contaminados com corantes e com estes materiais ao meio ambiente aquático. Este material zeolítico contribuiu para além de eliminar a cor que á uma característica física causadora de um impacto ambiental, também eliminou a toxicidade quando este efluente é descartado no corpo d’água receptor (Magdalena, C.P., 2010). Estudos ainda devem ser desenvolvidos para serem aprimorados.

A esse propósito, a adsorção utilizando material zeolítico é um tratamento eficiente e economicamente viável, pois o poluente (corante) fica adsorvido no material de baixo custo. O mais importante é que a zeólita pode ser descartada em aterro comum, já que o corante retido não é lixiviado, nem solubilizado para o meio ambiente, o que não poderia ser feito com as cinzas saturadas com o corante, pois possui elementos tóxicos (principalmente As e Se), sendo estes lixiviados para o solo (Depoi, 2007).

A pesquisa desenvolvida (zeólita) atende aos princípios (metas) da Lei de resíduos sólidos, pois auxilia na gestão dos resíduos, reduz o impacto ambiental, reconhece que tal resíduo é reutilizável ou reciclável, vindo ao encontro dos objetivos traçados na nova legislação.

  A pesquisa, por si só, já é instrumento de política pública e sua divulgação é fonte de educação ambiental.

Aliás, entendemos que a educação ambiental é um dos principais instrumentos de política ambiental, porque só com a conscientização do indivíduo e da coletividade é possível construir valores sociais e atitudes voltadas para a conservação e proteção do meio ambiente.

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